工程塑料用鈦白粉的有機(jī)改性及性能影響研究

宋運(yùn)萍，許 冉

（龍佰集團(tuán)股份有限公司，河南 焦作 454006）

0 引言

未經(jīng)表面處理的鈦白粉表面具有親水性，影響了其在工程塑料中的應(yīng)用。本文主要采用有機(jī)改性劑對(duì)鈦白粉表面進(jìn)行改性處理，改變鈦白粉表面的特性，并對(duì)其在ABS 塑料體系中的應(yīng)用性能進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

金紅石型鈦白粉，龍佰集團(tuán)股份有限公司；鋁酸酯，南京能德新材料公司；鋁鋯酸酯，廣州君葉偶聯(lián)劑公司；聚硅氧烷，贏創(chuàng)特種化學(xué)（上海）有限公司；三羥甲基丙烷（TMP），上海曄華實(shí)業(yè)有限公司；TR-558AI ABS，韓國(guó)LG 公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器

SXJQ 實(shí)驗(yàn)室數(shù)顯電動(dòng)攪拌機(jī)，鄭州長(zhǎng)城科工公司；SS99-YQ50 小型氣流粉碎機(jī)，北京海富達(dá)科技公司；101-1A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥，山東屹盛重工科技公司；RL-Z1B1-+熔體流動(dòng)速率儀，上海思爾達(dá)科學(xué)儀器；SHJ 系列雙螺桿擠出機(jī)，江蘇新達(dá)科技公司；T-5202 懸臂梁沖擊試驗(yàn)機(jī)+QT-6203S 拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)，蘇州謙通儀器公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 鈦白粉的有機(jī)表面改性試驗(yàn)

稱取一定量鈦白粉，加入去離子水，制成質(zhì)量濃度為450 g/L 的懸浮漿液，在懸浮漿液中加入打漿分散劑；針筒注射器分多次吸取稀釋好的有機(jī)改性劑均勻噴灑在鈦白粉表面，高速攪拌機(jī)攪拌均勻；將產(chǎn)物烘干+粉碎，制備得到微米級(jí)粒徑鈦白粉有機(jī)改性樣品。

1.3.2 ABS 色母粒與注塑樣條制備

將ABS 樹(shù)脂載體與有機(jī)改性后的鈦白粉按一定比例混合均勻得到混合粉料，將混合粉料加入到雙螺桿擠出機(jī)，經(jīng)熔融、擠出、造粒、水冷、風(fēng)干、切粒、干燥得到色母粒[1]。按鈦白粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%加入色母粒，注塑機(jī)注塑成條形樣板。

1.4 表征與測(cè)試

鈦白粉親疏水性測(cè)試：將有機(jī)改性處理后的鈦白粉置于50 mL 去離子水中，加入無(wú)水乙醇，當(dāng)漂浮于水面上的粉體完全潤(rùn)濕時(shí)，觀察其狀態(tài)。根據(jù)GB/T 3682—2000 標(biāo)準(zhǔn)在測(cè)試熔融指數(shù)。根據(jù)GB 1040.1—2006 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。按照GB/T 1843—2008 標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)樣條的沖擊強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同有機(jī)改性劑對(duì)鈦白粉性能的影響

采用鋁酸酯、鋁鋯酸酯、聚硅氧烷、TMP 四種有機(jī)改性劑對(duì)鈦白粉進(jìn)行表面處理，制備的樣品性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 經(jīng)不同有機(jī)改性劑表面處理后鈦白粉的性能指標(biāo)

由表1 數(shù)據(jù)可知，與未改性鈦白粉相比經(jīng)不同有機(jī)改性劑表面處理后，鈦白粉白度L 值、a 值、b 值均無(wú)明顯變化，吸油量有了顯著下降，有機(jī)改性劑在二氧化鈦粒子表面形成包覆層，二氧化鈦聚集態(tài)顆粒減少，分散度提高，顆粒間空隙減少，使得吸油量數(shù)值降低；鋁酸酯、鋁鋯酸酯、聚硅氧烷處理后鈦白粉表面表現(xiàn)為疏水性能，鈦白粉在有機(jī)改性處理過(guò)程中發(fā)生了官能團(tuán)變化，產(chǎn)生了疏水親油基團(tuán)，經(jīng)TMP 改性處理后存在的醇羥基團(tuán)仍然具有親水性[2-3]。

鈦白粉采用鋁酸酯、鋁鋯酸酯、聚硅氧烷處理后，其表面產(chǎn)生的疏水親油基團(tuán)可增加鈦白粉與聚合物的相容性。

2.2 不同有機(jī)改性鈦白粉在ABS塑料體系中性能測(cè)試

2.2.1 不同有機(jī)改性鈦白粉對(duì)熔融指數(shù)的影響

熔融指數(shù)，也稱熔體流動(dòng)速率，或熔體流動(dòng)指數(shù)，是一種表示塑膠材料加工時(shí)的流動(dòng)性的數(shù)值。對(duì)純ABS 樹(shù)脂、鋁酸酯改性鈦白粉、鋁鋯酸酯改性鈦白粉、聚硅氧烷改性鈦白粉、TMP 改性鈦白粉制備的ABS母粒進(jìn)行熔融指數(shù)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果分別為12.5、13.0、12.7、13.1、19.5 g/min。

經(jīng)鋁酸酯、鋁鋯酸酯、聚硅氧烷表面處理鈦白粉后制備ABS 母粒熔融指數(shù)比純ABS 母粒有一定提高，幅度較小，對(duì)制備的產(chǎn)品力學(xué)性能影響較小[4]；經(jīng)TMP 表面處理后鈦白粉制備的ABS 母粒熔融指數(shù)比純ABS 樹(shù)脂提高較顯著，會(huì)降低制備的產(chǎn)品力學(xué)性能，經(jīng)TMP 表面處理后TiO2與ABS 聚合物樹(shù)脂體系相容性較差，導(dǎo)致熔融指數(shù)提高而力學(xué)性能下降。

2.2.2 不同有機(jī)改性鈦白粉對(duì)拉伸性能的影響

對(duì)鋁酸酯改性、鋁鋯酸酯改性、聚硅氧烷改性、TMP 改性鈦白粉ABS 母粒制備的注塑樣條進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同有機(jī)改性鈦白粉對(duì)拉伸性能的影響

由表2 數(shù)據(jù)可知，對(duì)比純ABS 樹(shù)脂，加入四種有機(jī)改性鈦白粉后對(duì)樹(shù)脂體系拉伸強(qiáng)度影響不顯著，對(duì)樹(shù)脂體系斷裂伸長(zhǎng)率影響顯著。采用鋁鋯酸酯改性鈦白粉后，拉伸強(qiáng)度不變，斷裂伸長(zhǎng)率略有下降，鋁鋯酸酯中改性基團(tuán)與ABS 樹(shù)脂體系相容性較好，制備產(chǎn)品加工性能較好，抗拉性能較好；采用聚硅氧烷、鋁酸酯改性鈦白粉后，ABS 樹(shù)脂拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有一定程度下降，聚硅氧烷和鋁酸酯中存在活潑基團(tuán)易與ABS 樹(shù)脂發(fā)生反應(yīng)，材料抗拉性能下降；采用TMP 改性鈦白粉后，拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都有較大下降，TMP 改性鈦白粉表面羥基較多，ABS 樹(shù)脂在加工過(guò)程中易發(fā)生降解，材料抗拉伸性能明顯下降。

2.2.3 沖擊強(qiáng)度

對(duì)ABS 純樹(shù)脂、鋁酸酯改性、鋁鋯酸酯改性、聚硅氧烷改性、TMP 改性鈦白粉ABS 母粒制備的注塑樣條進(jìn)行沖擊強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果分別為14.8、14.2、14.1、12.9、12.1 kJ/m2。

有機(jī)改性鈦白粉加入后，沖擊強(qiáng)度均出現(xiàn)一定程度的下降，加入鋁酸酯改性處理鈦白粉樣條沖擊強(qiáng)度值較高為14.2 kJ/m2，加入TMP 處理鈦白粉的樣條沖擊強(qiáng)度值最低為12.1 kJ/m2。在有機(jī)改性處理鈦白粉ABS 樹(shù)脂體系中，帶入的各種有機(jī)官能團(tuán)會(huì)與樹(shù)脂發(fā)生相應(yīng)的降解反應(yīng)，進(jìn)而降低ABS 樹(shù)脂體系的沖擊強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

采用鋁酸酯、鋁鋯酸酯、聚硅氧烷、TMP 四種有機(jī)改性劑對(duì)鈦白粉進(jìn)行表面改性處理實(shí)驗(yàn)研究，得到不同的應(yīng)用特性。在ABS 塑料生產(chǎn)中，在選用有機(jī)改性劑對(duì)鈦白粉進(jìn)行表面改性處理時(shí)，必須根據(jù)塑料的應(yīng)用體系來(lái)進(jìn)行確定和選擇，進(jìn)而提高材料綜合性能。