第8章聚合物填充体系与短纤维增强体系.ppt

8.3 填充剂的表面改性 为改善填充剂颗粒与聚合物基体的界面结合，通常需要对填充剂颗粒进行表面改性，或称为表面处理 8.3.1 表面改性剂的种类 主要包括：偶联剂、表面活性剂、有机高分子处理剂、无机处理剂等 8.3.1偶联剂 其化学节构含有两类基团： 一类是亲无机填料的基团； 一类是亲有机聚合物的基团 （1）肽酸酯偶联剂： 肽酸酯偶联剂的分子结构由中心原子Ti和亲无机基团、亲有机基团组成。 其亲无机基团为易水解的短链烷氧基或对水有一定稳定性的鳌合基，可以与填料表面的单分子层结合水或者羟基的质子（H+）作用，结合于填料表面。 亲有机基团为较长链的酰氧基或烷氧基，可与带羧基、酯基、羟基、醚基或环氧基的聚合物发生化学反应而使填充剂与聚合物偶联。 肽酸酯偶联剂种类：单烷氧基型、单烷氧基焦磷酸酯型、鳌合型、配位型 （2）硅烷偶联剂 一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，其分子结构通式为R-SiX3, R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力的基团；X代表能够水解的烷氧基，为亲无机填充剂基团。 （3）铝酸酯偶联剂 空间结构如图 8.3.1.2 表面活性剂 是能够改变材料表面性质的物质 分子结构包含两个组成部分，其分子的一端为羧基等极性基团，可以与无机填充剂粒子表面发生吸附或化学反应；分子的另一端为长链烷基，结构与聚合物分子相似。 表面活性剂覆盖于填充剂粒子表面，可形成一层亲油性结构，使填充剂和树脂有良好的亲合性，改善填充剂的分散性、提高填充剂的添加量。表面活性剂分为离子型和非离子型两大类。 8.3.1.3 有机高分子表面改性剂 采用有机高分子表面改性剂，可在无机填充剂的表面形成高分子包覆层，改变无机填充剂的表面性质。 种类：高分子表面活性剂、高分子溶液或乳液、低熔点的或熔体黏度很低的聚合物。 在聚合物填充体系中使用的大分子相容剂（马来酸酐接枝PP、马来酸酐接枝EVA）具有改善填充剂与聚合物界面结合的作用，也可视为有机高分子表面改性剂。 8.3.1.4 无机改性剂 应用于钛白粉等颜料以及云母等填充剂的表面改性 氧化铝、氧化锆包覆钛白粉 四氯化钛处理云母，制备珠光云母 8.3.2 表面改性的方法 8.3.2.1 按设备与工艺分类 （1）干法改性 将表面改性剂和填充剂颗粒在高速搅拌机中搅拌，对填充剂颗粒表面进行改性处理。 优点：简便易行，最常采用的表面改性方法 缺点：难以实现表面改性剂在纳米颗粒表面的均匀包覆 （2）湿法改性 将填充剂颗粒悬浮分散于液体介质中，将表面改性剂添加并分散于液体介质，使填充剂在“湿态”的状态下进行表面改性的方法 优点：改性剂能均匀包覆在填充剂颗粒表面，改性效果好 缺点;工艺复杂，成本较高，对改性剂有特殊要求 （3）气相法改性 在较高温度下是改性剂汽化，以蒸汽的形式与填充剂颗粒的表面接触，发生化学反应，实现表面改性。采用低温等离子体的方法，也可进行气相法改性。 优点;处理效果好、改性剂利用率高 缺点：对改性剂有特殊要求，限制了改性剂的选择范围 （4）加工现场处理法 指在塑料制品制备时，在某一操作过程中将表面改性剂加入，在“现场”对填充剂颗粒进行表面改性的一类方法。 主要方法：捏合法、反应共混法、研磨法 8.3.2.2 按作用机理分类 表面涂覆：改性剂在填充剂表面的均匀包覆 表面化学改性又分为表面反应和表面聚合 偶联剂与填充剂表面发生化学反应的方法，属于表面反应。采用原位聚合的方法，在无机填充剂表面形成高分子包覆层，则属于表面聚合。 干法和湿法，都可以用于表面涂覆和表面化学改性。 8.3.3表面改性工艺条件 改性剂的品种选择： 改性剂的用量与填充剂的粒径有关 粒径小的填充剂，改性剂的用量相应要大一些 采用“加工现场处理法”，改性剂的用量也相应要大一些。 干法改性影响因素：搅拌速度、搅拌时间、改性温度。 湿法改性，改性剂对填充颗粒表面的包覆和反应也需要一个过程。 聚合物填充体系的界面 8．4．1 界面的形成与界面结构 在填料与聚合物之间会形成一个界面层，界面层的结构与聚合物和填料本体都不相同，是包含两相过渡区的界面相。 填充体系通常要使用偶联剂，偶联剂是界面层的重要组成部分。 8．4．2 界面的作用及机理 作用机理： (1)化学键机理 (2)表面浸润机理 (3)酸碱作用机理 聚合物增强体系 获得高强度聚合物材料的主要途径：制备纤维增强复合材料 短纤维增强热塑性塑料 纤维增强复合材料:是以聚合物为基体，以纤维增强材料制成的复合材料。 按聚合物基体分：塑料基体和橡胶基体， 塑料基体又可分:热固性塑料和热