粉煤灰填充聚丙烯材料性能研究

白新生

（新疆烏魯木齊石化公司塑料廠，新疆烏魯木齊 830019）

研究與開發(fā)Research and Development

粉煤灰填充聚丙烯材料性能研究

白新生

（新疆烏魯木齊石化公司塑料廠，新疆烏魯木齊 830019）

選用合適的偶聯(lián)劑及其用量對超細(xì)粉煤灰（1 200目）進(jìn)行表面處理，再將處理過的粉煤灰填充到聚丙烯中，進(jìn)行共混改性，這樣不但能節(jié)約成本得到性能優(yōu)異的材料，而且減少了粉煤灰的污染，環(huán)保意義重大。

粉煤灰；偶聯(lián)劑；共混改性；填充

1 前言

粉煤灰作為一種無機(jī)填料，不僅能使塑料制品價格大幅降低，而且能夠改善塑料制品的性能。以聚乙烯為例：粉煤灰經(jīng)過處理，在聚乙烯中添加35%，材料的拉伸強(qiáng)度為 30.4MPa，彎曲強(qiáng)度為63.3MPa，馬丁耐熱溫度為76℃，140℃尺寸變化率為1.3%，比重為1.69。所以，粉煤灰作為塑料填料，既有增量作用，又有改性效果。但是由于PP、PE樹脂為非極性材料而一般無機(jī)填料多為極性物質(zhì)，當(dāng)它們分散到樹脂中時，會因極性差異而造成兩者相容性不好，此外無機(jī)填料粒徑小，比表面積大，表面能高極易發(fā)生團(tuán)聚而影響其在樹脂中的分散，從而給復(fù)合材料的加工性能和制品的使用性能帶來不良影響。因此選用適宜的偶聯(lián)劑并確定其用量對無機(jī)填料表面進(jìn)行適當(dāng)處理，通過化學(xué)反應(yīng)或物理方法，使其表面極性接近所填充的高分子樹脂，改善其相容性時是十分必要的。

2 實驗部分

2.1 實驗流程

超細(xì)粉煤灰→加偶聯(lián)劑活化→加載體→高速攪拌→擠出混煉→切?！驑訔l→測試→結(jié)果分析

2.2 實驗使用主要原材料

聚丙烯粉料 烏魯木齊石化新峰股份有限公司

NDZ201

NDZ301

超細(xì)粉煤灰（1 200目） 烏魯木齊石化公司電廠

鋁酸脂偶聯(lián)劑 福師大高分子材料廠

硅烷偶聯(lián)劑（KH550） 南京曙光化學(xué)試劑廠

2.3 主要實驗設(shè)備

高速混合機(jī)（GH—1008） 北京塑料機(jī)械廠

雙螺桿混煉擠出機(jī)（SHJ-30） 南京橡膠機(jī)械廠

塑料注射成型機(jī)（SZ-250/100） 無錫第二輕工機(jī)械廠

微機(jī)控制電子萬能試驗機(jī)（CMT6503） 深圳新三思材料實驗儀器有限公司

激光粒度分析儀（JL-1166） 四川精新粉體測試儀器有限公司

2.4 實驗過程

（1）選好偶聯(lián)劑并確定最佳用量。

（2）將一定量的粉煤灰先放入高攪機(jī)中與偶聯(lián)劑一起高速攪拌3min后，加入聚丙烯及抗氧劑，高速攪拌2min，將混合料從高速混合機(jī)內(nèi)取出，冷卻至室溫。

（3）將配制好的料加入雙螺桿擠出機(jī)中造粒，干燥后，用注塑成型機(jī)制作強(qiáng)度測試樣條，放在30℃水浴中恒溫24h后，按強(qiáng)度測試要求測試樣條的強(qiáng)度及伸長。

2.5 測試方法

拉伸試驗：根據(jù)GB/T 1040—2006測拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率，拉伸速度為50mm/min。

3 結(jié)果與討論

3.1 偶聯(lián)劑的選用

分析：

從拉伸的測試結(jié)果看，細(xì)粉顆粒已進(jìn)入樹脂的大分子束間，當(dāng)樹脂受到拉伸時，它阻礙了大分子之間相互的滑動，但絲毫沒有損傷樹脂基體的整體性，從而導(dǎo)致了抗拉伸強(qiáng)度升高，斷裂伸長率下降。

在普通的活化處理中，選擇偶聯(lián)劑應(yīng)遵循的原則是：

（1）填料表面極性與聚合物極性相差很大，應(yīng)選擇填料表面處理后極性接近聚合物極性的處理劑；

（2）填料表面含有反應(yīng)較大的官能團(tuán)，則應(yīng)選擇與這些官能團(tuán)在處理或填充工藝過程中能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的處理劑，填料表面如呈酸（堿）性，則處理劑應(yīng)選用堿（酸）性；如填料表面呈氧化性（還原性），處理劑應(yīng)選用還原性（氧化性），如填料表面具有陽離子（陰離子）交換性，則處理劑應(yīng)選用可與其陽離子（陰離子）進(jìn)行置換的類型。

對處理劑而言，能與填料表面發(fā)生化學(xué)結(jié)合的比未發(fā)生結(jié)合的效果好，并應(yīng)選用聚合物加工工藝條件下不分解，不變色以及不從填料表面脫落的處理劑。偶聯(lián)劑通常與無機(jī)填料表面通過離子鍵或共價鍵的方式相連，而與聚合物基體之間的相互作用則包括了鏈纏繞、鉸鏈反應(yīng)或通過雙鍵接枝。

很明顯，相互作用的性質(zhì)決定了哪偶聯(lián)劑是有效的。硅氧烷類則需要無機(jī)填料表面有羥基存在，從而在填料表面形成Si—O鍵。由于粉煤灰的微觀結(jié)構(gòu)為玻璃微珠，主要成分為S io2，Al2O3等，表面有羥基存在從而硅氧烷類偶連劑在填料表面形成Si—O鍵，改善了粉煤灰與樹脂的相容性和浸潤性，能有效的分散填料和改善界面黏合力。因此用硅烷偶聯(lián)劑處理就能達(dá)到比較好的效果。綜上所述，可見對于粉煤灰填充來說，硅氧烷類偶聯(lián)劑是可以使用的。因此，選用KH550作為下一步實驗的偶聯(lián)劑。

3.2 偶聯(lián)劑的用量

分析如下：在一定的偶聯(lián)劑用量范圍內(nèi)，同時因粉煤灰的玻璃微珠結(jié)構(gòu)具有吸油量小與能改善制品表面的優(yōu)點(diǎn)。玻璃微珠僅能輕微的降低聚合物熔體的流動性，可以達(dá)到較高的填充量。在機(jī)械負(fù)荷下，玻璃微珠可以改進(jìn)應(yīng)力分布，從而能大大提高材料的強(qiáng)度。

在KH550偶聯(lián)劑的加入量為3%左右時，其材料在同組配方中強(qiáng)度最好，在此基礎(chǔ)上加少量的接枝馬來酸酐的相溶劑（CMG9801）能使其強(qiáng)度得到進(jìn)一步的提高。偶聯(lián)劑的加入量為4%時，由于偶聯(lián)劑用量過大，可能會將無機(jī)粒子完全包覆，使發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)的活性點(diǎn)數(shù)減少，反而不能起到應(yīng)有的偶聯(lián)作用。如要使材料具有較高的斷裂伸長率，則還要對其做進(jìn)一步的改性。

4 結(jié)論

1）針對粉煤灰的特點(diǎn)和制品的用途選擇性能優(yōu)良的偶聯(lián)劑很重要，通過實驗確定了偶聯(lián)劑為KH550。

2）通過實驗確定了偶聯(lián)劑的加入量，使得制品的性能更加優(yōu)異。

3）將粉煤灰應(yīng)用于聚丙烯填充，具有重大的環(huán)保意義，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著，應(yīng)大力推廣使用。

[1] 卡茨，李佐邦.塑料用填料及增強(qiáng)劑手冊[M].北京：化學(xué)出版社，1985.

Study on Performance of Fly Ash Filled Polypropylene Material

Bai Xin-sheng

The surface treatment of superf i ne fl y ash（1 200 mesh）was carried out by using appropriate coupling agent and its dosage.The treated fl y ash was fi lled into polypropylene and blended to improve the cost.Get the performance of excellent materials，but also reduce the pollution of fl y ash，environmental signif i cance is signif i cant.

f l y ash；coupling agent；blending modif i cation；f i lling

TQ327.8

：A

：1003–6490（2017）04–0140–02