硅酸盐矿物/聚合物复合材料的制备及其界面机理的研究

【摘要】：目前,国内对矿物填料多种形态的配合优化应用研究较少,对针柱状、层片状、粒状三种形态硅酸盐矿物在塑料中的配合优化应用研究更少。 采用热塑性工程塑料丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物(ABS)和通用塑料低密度聚乙烯(LDPE)为聚合物基体,以针柱状硅灰石、层片状白云母、粒状珍珠岩微粉中的一种或两种以上作为分散相,制备硅酸盐矿物/聚合物复合材料。通过研究不同形态及配方的改性矿物填料对ABS的弯曲性能、拉伸性能、冲击强度、硬度及对LDPE的拉伸性能、熔体流动速率、硬度的影响,确定性能较好、增量效果明显的配方,取得了以下研究成果: 1.通过改性正交试验、改性剂用量的单因素试验、不同硅烷改性剂的对比试验,确定最佳的改性工艺条件为:WD-70(甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)改性硅灰石及珍珠岩的用量为1%、改性白云母用量为1.5%,改性温度120℃,改性时间20min,改性助剂氨水相对于WD-70的用量之比为1:1。 2.三种形态矿物组合填充ABS的综合性能最佳的配比是硅灰石:白云母:珍珠岩为1:1:0,此配比优于单一形态矿物对ABS的填充效果。单一形态矿物对ABS的填充效果中,二维层片状白云母最好,最差的是粒状珍珠岩微粉。 3.三种形态矿物组合填充LDPE的综合性能最佳的配比是硅灰石:白云母:珍珠岩为1:1:1,当填充量为30%时,拉伸强度提高了2%,熔体流动速率增加了19%,洛氏硬度增加了1.2倍。 4.采用SEM研究复合材料的界面微观结构,结果表明:甲基丙烯酰氧基WD-70改性矿物填料比氨丙基WD-50改性矿物填料填充ABS的界面粘接状态好;12μm左右、长径比11.00的硅灰石填料比长径比7.52的硅灰石填料填充ABS的界面粘接效果好;硅灰石:白云母:珍珠岩为1:1:0填充ABS的界面结合良好;硅酸盐矿物填料在LDPE中比在ABS中分散均匀,其界面柔和性较好。 5.填料与聚合物界面的形成包括:聚合物与填料的接触浸润过程和化学键结合的固化过程。粘接面的完整性直接影响复合材料的性能,而完整粘接面的形成与填料的几何形态和表面化学反应活性、聚合物的柔韧性和化学结构有关。 6.硅酸盐矿物填充ABS具有以较高比例填充改性降低成本的优势,并可使ABS的刚性、耐磨性、化学稳定性有不同程度的提高。因此,其在某些领域中的应用,可避免使用纯ABS而导致其性能过剩,以减少原料成本,提高经济效益。 7.硅酸盐矿物填充LDPE可使其拉伸强度、加工成型性、耐磨性、刚性都得到增强,起到了增量降低成本和增强的双重效果,其应用前景广阔。