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纳米碳酸钙表面改性新技术

时间:2018-1-25 16:03:40 点击:525

  核心提示:纳米碳酸钙表面改性新技术:  (1)母料填料技术  母料填料是一种新型塑料填料,按一定比例将碳酸钙和树脂母料混合,并添加一些表面活性剂,经高剪切混合挤出,切粒制成母粒填料。  该类母料填料具有较好的分散性,与树脂结合力强、熔融均匀、添加量大、机械磨损小、应用方便,可广泛应用于打包带、编织袋、聚乙烯中...
纳米碳酸钙表面改性新技术:
  (1)母料填料技术
  母料填料是一种新型塑料填料,按一定比例将碳酸钙树脂母料混合,并添加一些表面活性剂,经高剪切混合挤出,切粒制成母粒填料。
  该类母料填料具有较好的分散性,与树脂结合力强、熔融均匀、添加量大、机械磨损小、应用方便,可广泛应用于打包带、编织袋、聚乙烯中空制品(管材、容器等)、薄膜、聚烯烃注射器等。
  根据基体树脂的不同,常用母料填料主要有无规则聚丙烯碳酸钙母粒(APP母料)、聚乙烯蜡碳酸钙母粒和树脂碳酸钙母粒填料等。
 
  (2)复合偶联剂
  复合偶联剂不同于复合型表面改性剂,复合偶联剂是一种偶联剂分子中含有2种或2种以上金属元素的新型偶联剂,主要有铝锆酸酯偶联剂、铝钛复合偶联剂等。复合型表面改性剂是由2种或2种以上的单一活性剂组合而成的复合配方,如钛酸酯-硬脂酸钠、油酸-椰子油复合、椰子油-硬脂酸钠等复合型表面改性剂。
  铝锆酸酯偶联剂是美国Cavedon化学公司于20世纪80年代中期开发的新型偶联剂,用其改性的碳酸钙适用于各类聚合物的填充,可以显著改善填料的分散性和加工性能以及提高抗冲击性能。
  山西省化工研究所开发的铝钛复合偶联剂(OL-AT)兼具钛酸酯类和铝酸酯类偶联剂的特点。铝钛复合偶联剂分子中有双中心原子,且同时带有低碳链的烷氧基和长碳链的烷酰氧基,增加了与无机物和有机物互相作用的作用点。由于双金属中心原子之间存在一定的亲合作用,两者复合偶联体系在填料表面形成的单分子吸附层较单金属中心原子偶联剂更为密集,显示出良好的协同效果。
 
  (3)反应性单体、活性大分子及聚合物改性技术
  反应性单体是带有不饱和键的小分子羧酸,利用其极性与纳米碳酸钙的作用可以分散纳米碳酸钙;利用其反应性(不饱和键)可与聚烯烃发生接枝,形成接枝物,强化纳米碳酸钙与聚合物间的界面作用。反应性单体对纳米碳酸钙表面修饰时可形成羧酸盐,而不饱和键可为进一步接枝包覆提供条件。
  活性大分子(带有可与碳酸钙表面发生作用基团的大分子)作为纳米碳酸钙表面修饰剂时,可提高纳米粒子表面有机物包膜的厚度,进一步改善其与聚合物基体间的亲和性,更有利于纳米碳酸钙在聚合物基体中的分散。
  若表面修饰剂上带有不饱和键或其他活性基团,聚合物可以接枝或反应在纳米碳酸钙表面。采用聚合物对碳酸钙进行表面改性,可以改进碳酸钙在有机相中的稳定性。
  这些聚合物包括低聚物、高聚物和水溶性高分子,如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚马来酸、聚丙烯酸、烷氧基苯乙烯-苯乙烯磺酸的共聚物、聚丙烯、聚乙烯等。
  聚合物表面包覆改性碳酸钙的工艺可分为:
  1)先将聚合物单体吸附在碳酸钙表面,然后引发其聚合,从而在其表面形成聚合物包覆层;
  2)将聚合物在适当溶剂中溶解,然后对碳酸钙进行表面改性,当聚合物逐渐吸附在碳酸钙颗粒表面上时排除溶剂形成包膜。
  这些聚合物定向吸附在碳酸钙颗粒表面,形成物理、化学吸附层,可阻止碳酸钙粒子团聚,改善分散性,使碳酸钙在应用中具有较好的分散稳定性。
 
  (4)等离子体表面改性碳酸钙
  等离子体是一种电离气体,这些电子、离子、电性粒子的独立集合体是物质的第4状态,具有与化学键相当的能量。
  等离子化学反应主要是通过电子碰撞分子,使之激发、离解、电离,并在非热平衡状态下进行反应,低温等离子技术已较广泛应用于固体表面改性。
  采用频感应耦合放电等离子系统,用惰性气体和高纯反应性气体作为等离子处理气体,形成气相自由基并吸附在固体表面,然后和气相中的单体或衍生单体聚合,在粉体表面形成大相对分子质量聚合物薄膜。
  如通过Ar-C3H4等离子体系处理碳酸钙用于复合材料中,材料的抗冲击强度和弯曲强度都有明显提高。辐照处理就是利用紫外、红外电晕放电等方法对无机粉体表面改性。通过高能辐照,使粉体表面产生活性点,再加入单体烯烃或聚烯烃进行改性反应,并形成有机包膜。如用乙烯基单体经辐照处理的碳酸钙与高密度聚乙烯(HDPE)复合,材料具有较低的熔体黏度和较好的温敏性。
  
  (5)超分散剂表面改性碳酸钙
  超分散剂不同于传统的表面活性剂,主要由溶剂段和锚固段组成,其锚固段一般为极性基团,如-R、-NR3+、-COOH、-COO-、-SO3-、-PO4-等多元胺、多元酸、磺酸盐,通过离子对、氢键、范德华力等作用以单点锚固或多点锚固的形式紧密结合于颗粒表面。
  超分散剂的溶剂段,常见的有聚酯、聚醚、聚烯烃、聚丙烯酸酯等,其极性各异,分别适用于不同极性的聚合物改性,在极性匹配的分散介质中,溶剂段与分散介质具有良好的相溶性,则是被分散介质溶剂化的聚合物链,通过空间位阻效应对颗粒分散起稳定性作用。
  理论上讲,通过调整两段物质相对分子质量大小和官能团,可以获得几乎满足所有要求的表面处理剂,并且由于超分散剂相对分子质量较大(一般在1000-10000),其热稳定性也十分优良。

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