新型粉体偶联改性方法及应用研究
 

   南京金来旺公司技术部  汪忠清

一  偶联改性剂及粉体改性情况

新型端胺基羟醇酯偶联改性剂(Modifier)系列产品是应用经过多年研究，自主开发的新一代高效粉体填料表面改性剂，是采用特殊的化学合成技术及功能性复合技术，将具有多功能的有机官能团接枝在极性高分子长链上，合成的新型大分子高活性物质，产品集偶联剂、高效分散剂及加工助剂等多种功能于一体，是传统偶联剂的换代产品。

非金属矿(粉体材料)在塑料工业中的作用在塑料加工中，加入适当的粉体填料，可达到增量降低成本的作用，还能改善或提高塑料制品的物理力学性能、耐磨性能、热学性能、耐老化性能，还能克服塑料不耐低温、低刚硬性、易膨胀性、易蠕变性等缺点。所以，填料既有增量作用，又有改性效果，有些填料具有活性，还能起到补强作用。作为增量剂可使塑料制品的密度、弹性模量、压缩强度、挠曲强度得到改善，收缩率变小，尺寸稳定性好，减弱了材料的力学性能和温度的依赖关系，降低制品成本；另外作为增强剂的可以使制品的抗张强度、断裂伸长率、压缩强度、剪切强度、弹性模量、热变形温度提高，缩小制品收缩率，改进其蠕变性，提高弯曲、蠕变模量，降低负荷的粘弹屈服，提高拉伸强度。

随着塑料加工行列的发展，对使用填充剂要求更多功能化，并向超细、超微细发展，对填料的界面改性所成活性碳酸钙，已不适应塑料工业发展的要求，用偶联改性剂对填料界面改性，已形成广泛的共识。在高分子材料加工过程中添加端胺基羟醇酯偶联改性剂改性粉体，由于其含有高活性的端胺基，不仅能使填料得到高度分散，增加填料用量，而且能改善体系各组分的相容性，促进塑化，降低熔体粘度，改善加工流动性，提高生产效率。不同型号的型端胺基改性剂可用于各种填料的表面活化改性， 如碳酸钙、滑石粉、云母粉、高岭土、二氧化硅、二氧化钛、赤泥、粉煤灰、硅藻土、玻璃微珠、硫酸钡(钙)、石英粉、透闪石、氧化铝、硅灰石、炭黑、硅铝炭黑、硅灰石、高岭土、氢氧化铝、氢氧化镁、沉淀硫酸钡（重晶石）、元明粉、氧化钙、色粉、木（竹）粉、稻壳粉、麦秸、淀粉及阻燃材料（APP、MCA、P系、N系、含卤类等）等表面处理。

产品广泛应用于PP、PE、PS、EVA、UP、EP、PVC及橡胶、油墨、涂料等高分子复合材料加工。用于塑料加工已产生积极的效应。非金属矿填料已成为塑料工业不可缺少的原料，随着改性技术的进步，在塑料中使用的非金属矿填料的种类、数量都将迅速扩大，并据其价格低廉、性能独特、改性效果显著的优势，在塑料工业中有着重要的作用。

由于塑料加工行业一般对粉体加工不是太了解，往往会被动辄号称他们的产品细度达到3000目、甚至5000目的推销者搞得一头雾水，无所适从。导致一些用户对无机粉体材料产生错误认识。介绍一些粒径的表示方法，希望能对读者有所裨益。

表示粒度特性的几个关键指标：
1、D50：含义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。
2、Dstokes：含义是样品所有颗粒的平均粒径。
3、D97：含义是粒径小于它的的颗粒占97%。D97常用来表示粉体的最大粒径。其它如D25、D90等参数的定义与物理意义与D97相似。 
    如果用上述几个关键指标来表示粉体粒径，就会有效避免用户对粉体材料粒径的混乱认识。3000、5000目不是没有可能，关键在于其目数是以最大粒径还是平均粒径、中位径表示的。

塑料行业绝大多数使用最大粒径D97在5-10μm（微米）的无机粉体即可满足要求。涂料、油漆、造纸行业要求无机粉体的粒径相对要细。但是这并非是绝对的。

对于改性塑料生产企业而言，无机粉体的细度当然是很重要的指标，但是不能忽视无机粉体的粒径分布。粒径分布相当于高分子材料的分子量分布，不是固定不变的，可以用图表表示。对于某种特定产品，其粒径分布要求是不一定的。有些产品要求粒径分布相对较宽，而有些产品要求粒径分布较窄。如果意识不到这一点，作为科研开发人员，发现选用同样粒径的材料却往往不能较好的再现一些试验数据就不足为奇了。

二 偶联改性剂的选择和使用方法

偶联改性填料在塑料工业中的应用为了使复合材料达到预期的性能，需对填料表面进行改性，以增强它与基本树脂的相容性和结合力。

七十年代末我国消化吸收国外技术，研究生产硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，八十年代初形成小规模生产，对我国塑料工业发展起了积极作用。随后，国内又自行研制开发生产了铝酸酯偶联剂、稀土偶联剂等。目前国内偶联剂的类型、品种很多，应用时应对其质量、性能多加研究。偶联改性剂对填料改性，既有物理变化、又有化学反应，更与塑料加工中其它工艺技术环节相联系，否则改性效果再好，不一定能在最终制品上反应出改性效果。

 1 正确选择偶联剂的应用特性

     偶联剂品种很多，一定要充分利用其应用特点，才可以达到理想的效果，新型端胺基羟醇酯偶联改性剂(Modifier)是一种新型的偶联剂，克服了传统偶联剂的不足，能起到双亲偶联的作用,有以下特点：

    a 对无机粉体具有强偶联作用，能改变无机粒子表面性能及在树脂复合体中的粘度性能，改善无机粒子在树脂基体中的浸润性和分散性，并在无机粒子和基体之间产生了界面作用。

　　b 经其处理的无机粒子具有促进塑化、内增塑增韧作用，兼具热稳定性和润滑性，与树脂混合料各组分的协同效应好。

　　c 对传统偶联剂、表面处理剂及活化的无机粉体填料有好的协效作用。不但可促进填料在基体中的分散，而且可提高填料与基体、基体与偶联剂间的界面粘结，克服了传统偶联剂与基体作用弱的特点，可以起到大分子相容剂的作用。

   d 由于改性剂含取代端胺基多元醇酯类多锚固基团的多官能团结构,通过“锚”基团的多点吸附同时进行化学反应对填料粒子表面改性，到达完全的表面化学反应性包覆，使填料表面有机化，从而有效的降低填料的表面能，另外,改性剂大分子中的聚合物长链对基体高分子材料具有很强的亲合性和相容性,使复合材料体系容易加工。

e 其特有的粉粒状的特点，熔融温度50度以上，因此可以方便使用，同时计量准确，适宜连续生产，有效保证产品质量稳定，生产管理容易控制。

2  简单鉴别偶联剂质量的方法

 根据现在市场产品比较杂乱的情况，介绍简单的方法:

 a 酸溶......有汽泡.....含钙份等 

  b 加热......溶化看杂质(含不酸溶的滑石粉等)

  c 低挥发份多(含大量白油等)

  e 改性效果.....疏水性

  f 应用效果.....关键是产品的应用评价:填料在塑料里的分散性/加工性/流变性/制品的物理机械性性能等                                    

    比如我们开发的新型端胺基羟醇酯偶联改性剂(Modifier)是一种新型的偶联剂，其特有的粉粒状的特点，熔融温度50度以上，完全可以熔化成透明的液体，同时使用方便很容易看出效果。

 3 新型偶联改性剂(Modifier)系列产品应用

塑料加工是多种技术条件的综合，塑料加工的设计者、操作者应善于将加工中各种技术条件协调、合理地组合(理论与实际相结合)，并注意使各个技术环节在加工中协同相辅相成，加工中出现的异常现象或制品质量性能未达到要求，应实事求是地分析，这与原辅材料的质量、规格，配方设计，配混料操作，设备、模具、定型装置以及各种工艺技术参数、工艺条件的设定有关，它们都能影响改性填料的应用效果。因此，塑料改性工作者在提高填料改性质量的同时，也应熟悉掌握塑料加工全过程的工艺技术要求，及时排除影响填料改性效果的各种因素，这样才能使制品达到良好的质量性能。

不同树脂、不同填料、不同用途应选择不同类型的偶联改性剂，填充剂多数是无机物，必须考虑到它与基体树脂的相容性。有机聚合物分子结构及物理形态和无机物(粉体填料)不相同，两种结构不相同的材料不可能结合在一起，选用具有两性基团的偶联改性剂，通过化学链或缠绕将填料与树脂紧密牢固地结合起来。

   填料表面形状十分复杂，在粉碎加工过程中，其表面物理结构发生变化，如局部发生龟裂层，遭破坏后呈粗糙面，表面凹凸点增多，导致表面化学结构与内部化学结构不同，尤其表面官能团的存在，能和空气中的水或氧发生反应，沿表面层方向及垂直于表面层的断面都有-ＯＨ存在，ＳｉＯ2表面通常被硅醇-ＳｉＯＨ所包覆，此外还有-ＳｉＯＳｉ- 硅醚基的包覆，表面吸附水的影响很大，例如超细Ａｌ2Ｏ3填料表面存在多种形式的-ＯＨ基，其表面结构比ＳｉＯ2更复杂，ＴｉＯ2表面也有-ＯＨ存在等。无机填料表面结构与聚合物分子结构相关性悬殊，导致复合体系的界面难以形成良好的粘接，因此，对无机填料进行表面改性处理，是改善和提高复合塑料性能的重要途径。

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