稀土偶聯(lián)劑在無(wú)機(jī)剛性粒子增韌聚丙烯體系中應(yīng)用

———稀土偶聯(lián)劑在無(wú)機(jī)剛性粒子增韌聚丙烯體系中應(yīng)用利用力學(xué)性能、熔體流動(dòng)速率等性能的測(cè)定等方法考察了一種稀土偶聯(lián)劑（WOT）對(duì)CaCO3、BaSO4、Mg(OH)2、Mica和Talc等無(wú)機(jī)粒子的表面處理作用。發(fā)現(xiàn)經(jīng)WOT處理的CaCO3與聚丙烯（PP）的復(fù)合物，在一定條件下缺口沖擊強(qiáng)度可達(dá)到純PP的2倍、斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)純PP的3倍左右，表現(xiàn)出顯著的無(wú)機(jī)粒子增韌效果；利用FTIR、SEM等考察了無(wú)機(jī)剛性粒子增韌PP的結(jié)構(gòu)形態(tài)及增韌機(jī)理，表明WOT在處理過(guò)程中與CaCO3之間除了物理吸附作用外，還發(fā)生了化學(xué)作用，在CaCO3表面形成了牢固的包覆層，改變了無(wú)機(jī)粒子的表面性能；并且經(jīng)WOT處理的CaCO3還具有β晶型成核劑的作用。

1

聚丙烯（PP）具有良好的物理機(jī)械性能、加工性能和電絕緣性能等，是一種密度小、綜合性能優(yōu)良的通用高分子材料，廣泛用作各種改性材料的基礎(chǔ)樹(shù)脂。高分子材料中填充無(wú)機(jī)粒子，是獲得具有某些獨(dú)特性能高分子改性材料最有效和最便宜的途徑之一。各種PP基無(wú)機(jī)粒子改性材料已廣泛應(yīng)用于電器、汽車、建筑等領(lǐng)域。但是，常用的無(wú)機(jī)粒子，一般都是表面能很高的極性物質(zhì)，比表面積大，與表面能低的非極性聚丙烯基體之間性能差別很大，在采用熔融加工的方法復(fù)合時(shí)，二者因相容性差，使得無(wú)機(jī)粒子無(wú)法被PP熔體浸潤(rùn)而容易自身聚集成團(tuán)，分散性不好，且界面粘接差，導(dǎo)致復(fù)合物的沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、加工流變性能等急劇下降[1~6]。

為改善與PP基礎(chǔ)樹(shù)脂之間的相容性，通常對(duì)無(wú)機(jī)粒子進(jìn)行表面處理。處理無(wú)機(jī)粒子的方法很多，如氧化處理、熱處理、等離子體處理以及用表面改性劑涂覆等，其中最有效、便于操作，也是最廣為應(yīng)用的是利用表面改性劑涂覆技術(shù)。目前報(bào)道的表面處理劑很多，如價(jià)格低廉的脂肪酸及其衍生物和其它表面活性劑、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類偶聯(lián)劑，以及近來(lái)出現(xiàn)的鋯酸酯類、磷酸酯類、硼酸酯類、錫酸酯類、異氰酸酯類等偶聯(lián)劑。開(kāi)發(fā)高效、廉價(jià)、便于使用的新型偶聯(lián)劑是當(dāng)前偶聯(lián)劑研究的方向[7]。

稀土化合物是一類性能奇特的物質(zhì)，被認(rèn)為是構(gòu)筑信息時(shí)代新材料的寶庫(kù)。在一些體系中加入少量的稀土往往會(huì)出現(xiàn)意想不到的獨(dú)特性能，因而有“工業(yè)味精”之稱。新合成的稀土改性劑WOT可用作無(wú)機(jī)粒子的表面處理劑，無(wú)機(jī)粒子經(jīng)其處理后，可改善在PP基體中的分散性，提高復(fù)合物的沖擊性能及流動(dòng)性，有望開(kāi)發(fā)成為一類有效、價(jià)廉、環(huán)境友好的新型表面處理劑。這里介紹了利用這種稀土處理劑WOT處理不同無(wú)機(jī)粒子，與聚丙烯熔融混合制備復(fù)合物時(shí)的處理效果。

2結(jié)論

（1）WOT可明顯改變各種無(wú)機(jī)粒子的表面性能，經(jīng)其處理后的無(wú)機(jī)粒子表面由親水性變?yōu)槭杷?，且隨著WOT用量的增加，疏水性表現(xiàn)得更為明顯。WOT與CaCO3在處理過(guò)程中形成了WOT的溶劑抽提不掉的包覆層，兩者之間不僅僅是物理吸附，還有化學(xué)作用發(fā)生；WOT與其它幾種粒子之間無(wú)這種化學(xué)作用發(fā)生。

（2）WOT處理可提高各種無(wú)機(jī)粒子復(fù)合PP體系的加工流動(dòng)性能。

（3）力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)表明，用2.5%WOT處理過(guò)的CaCO3在一定條件下可使PP復(fù)合物的Izod缺口沖擊強(qiáng)度提高到純PP的2倍左右，表現(xiàn)出明顯的無(wú)機(jī)粒子增韌效果；當(dāng)WOT用量為1.0%時(shí)，PP/CaCO3體系具有較均衡的韌性和強(qiáng)度。其它幾種粒子經(jīng)WOT處理后填充的PP復(fù)合物，韌性均高于相同含量未處理同種粒子的復(fù)合物。但就增韌效果而言，WOT對(duì)CaCO3、Mg(OH)2、BaSO4的改善效果更為顯著，對(duì)Mica和Talc效果不明顯。

（4）SEM觀察和粘度實(shí)驗(yàn)表明，WOT處理使CaCO3、Mg(OH)2和BaSO4在基體中分散得更為均勻，從斷口亞微結(jié)構(gòu)上看，處理過(guò)的粒子脫粘后，界面上基體產(chǎn)生了大量塑性變形，而未處理粒子填充的體系中，粒子脫粘后只留下光滑的空洞，無(wú)塑性變形發(fā)生。

（5）WAXD實(shí)驗(yàn)表明，各種無(wú)機(jī)粒子CaCO3、BaSO4、Mg(OH)2、Mica和Talc等單獨(dú)加入PP，不能誘導(dǎo)PP產(chǎn)生β晶型，用WOT處理的BaSO4、Mg(OH)2、Mica和Talc與PP形成的復(fù)合物中，也只有α晶型，但是，用WOT處理過(guò)的CaCO3