填料表面处理方法(表面涂覆处理/反应处理)

填料表面处理方法
根据所使用的处理设备和处理过程的不同,填料表面处理方法可分为干法、湿法、气相法和加工过程处理法等四种,以前两种为主。

1.干法
干法处理的原理是填料在干态下借高速混合作用和一定温度下使处理剂均匀地作用于填料粉体颗粒表面,形成一个极薄的表面处理层。
干法处理可用于物理作用的表面处理,也可用于化学作用的表面处理,尤其与粉碎或研磨等加工工艺同时进行的干法处理,无论是物理作用,还是化学作用,都获得很好的表面处理效果。这种表面处理效果与加工过程中不断新生的高活性填料表面以及填料粒径变小有很大关系,已经成为十分引人注目的一个新的发展趋势。按干法处理的机理,可分为以下三种类型:

(1)表面涂覆处理。

处理剂可以是液体、溶剂、乳液和低熔点固体形式,其一般处理步骤为:将定量填料投入高速混合机,于高速搅拌下逐渐加入或喷雾加入计量处理剂,混合均匀后逐渐升温至一定温度,在此温度下高速搅拌3~5min即可出料。

例如以三甲基丙烯酸甘油酯(0.3份)、三甲氧基丙烷三缩水甘油醚(0.5份)和亚乙基二硬脂酰胺(0.5份)为处理剂,对碳酸钙(粒径小于2um占70%,比表面积19m2/g以上)在高速混合机中进行干法涂覆处理,在140~145℃下混合5min。

所得活性碳酸钙用于PVC硬制品,用量为20份时,填充PVC塑料的冲击强度比纯PVC塑料提高20%以上,而未经表面处理的碳酸钙填充PVC塑料,冲击强度较纯PVC塑料下降20%以上。同时用处理过的碳酸钙填充的PVC塑料在耐热性方面均优于纯PVC或填充未经表面处理的碳酸钙的PVC塑料。

(2)表面反应处理。

干法表面反应处理方法有两类,一是用本身具有与填料表面较大反应性的处理剂,如铝酸酯、钛酸酯等直接与填料表面进行反应处理;二是用两种处理剂先后进行反应处理。即第一处理剂先与填料表面进行反应后以化学键形式结合于填料表面上,再用第二处理剂与结合在填料表面的第一处理剂反应。
第一类方法已成为填料干法表面反应处理的主要手段,比较成熟,已广泛应用,但可供选择的处理剂局限于已经工业化生产的各类偶联剂的有限品种之中,很难满足各种填料在许多不同应用场合中要求各异的性能需求。

第二类方法可以根据填料种类与其表面特性,所要填充的聚合物种类,结构与性质以及制品的要求,十分精细地选择处理剂。选择范围广,用量调节灵活,不仅可用于各种填料、颜料、阻燃剂等无机粉体的表面处理,还可对淀粉、木粉等有机粉体进行表面反应处理。

例如用铝酸酯偶联剂DL-411-A(1.0%)对轻质碳酸钙进行表面反应处理,在高速混合机中于110~130℃下搅拌10min,再加入0.5%的硬脂酸,所得到经偶联剂处理的碳酸钙堆积密度减小,吸水性明显下降,吸油值降低,在与PVC树脂混合后其熔融时间缩短,平衡扭矩也有所降低。表3-4列出经铝酸酯偶联剂处理过的碳酸钙与未经处理的碳酸钙及采用硬脂酸包覆处理的碳酸钙物理性能以及填充PVC加工性能的比较数据。

表3-5列出不同方法处理的轻质碳酸钙填充PVC电缆料的力学性能。从表中可以看出,在相同原辅材料及加工条件下,用铝酸酯经化学反应处理的碳酸钙其填充效果优于硬脂酸包覆处理的碳酸钙填充体系。

填料表面处理方法(表面涂覆处理/反应处理)

又如用甲基丙烯酸-2-羟乙酯与五氧化二磷在阻聚剂存在下制得的酸式磷酸酯为处理剂,对平均粒径为4um的碳酸钙在高速混合机中进行表面反应处理,得到的已处理过的碳酸钙填充HDPE,其填充塑料的拉伸强度和冲击强度均高于未填充过的碳酸钙填充体系,而且随着处理剂用量的增加,提高的幅度也显著增加。

填料表面处理方法(表面涂覆处理/反应处理)

(3)表面聚合处理。

填料干法表面聚合处理是一种较新颖的表面处理方法。通常有两种做法,一种是先用适当引发剂如过氧化物处理无机填料表面,然后加入单体,高速搅拌并在一定温度下使单体在填料表面进行聚合,获得干态经表面聚合处理的填料;另一种是将单体与填料在球磨机中研磨,借研磨的机械力作用产生的摩擦热使单体在无机填料表面聚合,可获得表面聚合处理的填料。

例如用丙烯酸及其酯类、甲基丙烯酸及其酯类以及苯乙烯、丙烯腈、丙烯酰胺等与碳酸钙在一起研磨,可以获得表面聚合处理的碳酸钙。与未经处理的碳酸钙比较,对填充PVC体系来说填料的粒径减小、加工捏合时间缩短、填充塑料的冲击强度、拉伸强度和伸长率都有明显提高,见表3-6。

填料表面处理方法(表面涂覆处理/反应处理)

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