滑石粉和树脂相容性差,表面亲水性强,我们在使用滑石粉进行增强改性时,往往需要对滑石粉表面进行活化处理。
来提高滑石粉与聚合物的界面亲和性,改善滑石粉填料在树脂中的分散状态,从而提高复合材料的力学性能,特别是滑石粉粒径较细时,分散更为困难,粉体团聚明显,滑石粉表面活化尤为重要。
在硬脂酸表面涂覆、接枝物表面增容和偶联剂表面接枝等滑石粉表面活化手段中,偶联剂表面接枝使用最为普遍,活化效果最好。
通常经过偶联剂表面处理的滑石粉亲油值和接触角上明显改变,目前主要使用的偶联剂品种有:钛酸酯类、铝酸酯类、磷酸酯类及硅烷类等。
其实,偶联剂的用量一般都存在最佳值,经典理论认为最佳值是活化剂在填料表面上覆盖单分子层的用量。
一般低于此值,填料表面活化不彻底,高于此值,填料表面会形成多层物理吸附的界面薄弱层,从而造成材料的强度下降。
正是填料表面上单分子层的存在,改变其原有的亲水性质,使填料表面性质发生根本性变化。
因而,滑石粉表面活化可提高填料的分散性和流动性,改善复合材料的流动性特性,韧性,且显著提高复合材料断裂伸长率等。
-钛酸酯偶联剂改性-
钛酸酯偶联剂是70年代后期由美国肯利奇石油化学公司开发的一种偶联剂,这类偶联剂的通式为RO(4-n)Ti(OX-R’-Y)n(n=2,3),反应活性高,对于树脂和填料有良好的偶联效果。
其中RO-是可水解的短链烷氧基,能与无机物表面羟基起反应,OX-决定钛酸酯所具有的特殊功能,可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等。
钛酸酯偶联剂的作用应归结于它对界面的影响,即它能在无机填料和有机聚合物之间形成化学桥键。
这种偶联剂的特点是能在填料表面形成单分子层而不会形成多分子层,并且由于其本身的化学结构特点,使钛酸酯偶联剂具有表面改性效果。
-铝酸酯偶联剂改性-
其结构与钛酸酯偶联剂类似,分子中存在两类活性基团,一类可与无机填料表面作用。
另一类可与树脂分子缠结,由此在无机填料与基体树脂之间产生偶联作用。具有色浅、无毒、使用方便等特点,热稳定性能优于钛酸酯偶联剂,价格仅为钛酸酯偶联剂的一半。
-磷酸酯改性-
该类偶联剂适合于含湿量较高的填料体系,如陶土、滑石粉、高岭土等。在这些体系中,除单烷氧基与填料表面的羟基反应形成偶联外,焦磷酸酯基还可分解形成磷酸酯基,结合一部分水。
磷酸酯可与滑石粉表面发生化学吸附和物理吸附反应形成表面包覆,增加表面包覆量可改善滑石粉的分散状态,可显著改变填充体系的形态和机械性能。
-硅烷偶联剂改性-
硅烷偶联剂是人们研究最早、应用最早的偶联剂,分子结构式一般为RnSiX(4-n),式中R为非水解的、可与高分子聚合物结合的有机官能团。如甲基、乙烯基、氨基、环氧基、巯基、丙烯酰氧丙基等。
X为可水解基团,遇水溶液、空气中的水分或无机物表面吸附的水分均可引起分解,与无机物表面有较好的反应性。典型的X基团有甲氧基、乙氧基、烷氧基、芳氧基、酰基、氯基等。
作用机理大致分以下3步:
1)X基水解为羟基;
2)羟基与无机物表面存在的羟基生成氢键或脱水成醚键;
3)R基与有机物相结合。