【精品文章】碳酸钙填料增韧增强机理及复合偶联剂的改性应用浅析
偶联剂的种类和特点及应用[资料]
![偶联剂的种类和特点及应用[资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/cbf65c34182e453610661ed9ad51f01dc28157b6.png)
偶联剂的种类和特点及应用偶联剂的种类和特点及应用偶联剂是一种重要的、应用领域日渐广泛的处理剂,主要用作高分子复合材料的助剂。
偶联剂分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团,一个是亲无机物的基团,易与无机物表面起化学反应;另一个是亲有机物的基团,能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。
因此偶联剂被称作“分子桥”,用以改善无机物与有机物之间的界面作用,从而大大提高复合材料的性能,如物理性能、电性能、热性能、光性能等。
偶联剂用于橡胶工业中,可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能,并且能减小ＮＲ用量,从而降低成本。
偶联剂的种类繁多,主要有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其它高级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等,目前应用范围最广的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
1 硅烷偶联剂硅烷偶联剂是人们研究最早、应用最早的偶联剂。
由于其独特的性能及新产品的不断问世,使其应用领域逐渐扩大,已成为有机硅工业的重要分支。
它是近年来发展较快的一类有机硅产品,其品种繁多,结构新颖,仅已知结构的产品就有百余种。
1945年前后由美国联碳(ＵＣ)和道康宁(ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇ)等公司开发和公布了一系列具有典型结构的硅烷偶联剂;1955年又由ＵＣ公司首次提出了含氨基的硅烷偶联剂;从1959年开始陆续出现了一系列改性氨基硅烷偶联剂;20世纪60年代初期出现的含过氧基硅烷偶联剂和60年代末期出现的具有重氮和叠氮结构的硅烷偶联剂,又大大丰富了硅烷偶联剂的品种。
近几十年来,随着玻璃纤维增强塑料的发展,促进了各种偶联剂的研究与开发。
改性氨基硅烷偶联剂、过氧基硅烷偶联剂和叠氮基硅烷偶联剂的合成与应用就是这一时期的主要成果。
我国于20世纪60年代中期开始研制硅烷偶联剂。
首先由中国科学院化学研究所开始研制γ官能团硅烷偶联剂,南京大学也同时开始研制α官能团硅烷偶联剂[1]。
偶联剂的应用发展及PVC改性体系中无机填充剂介绍
偶联剂的应用发展及PVC改性体系中无机填充剂介绍ＰＶＣ因具有阻燃性、电绝缘性、耐磨损、价格低廉等性能而得到了广泛的应用,但是由于其结构上的缺陷,造成了ＰＶＣ制品热变形温度低、缺口冲击敏感及加工困难等,使其应用受到较大的限制。
刚性和韧性是两个重要性能指标,如何保证塑料制品兼有良好的刚性和韧性,是长期以来材料科学研究的重要课题之一。
填充改性是塑料改性的重要手段之一,在ＰＶＣ中加入各种填料(碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母以及纤维等)可以降低成本,提高材料刚性、硬度、耐热性,提高制品的尺寸稳定性和耐蠕变等,还可以赋予材料特殊的功能。
但ＰＶＣ与填料极性差异大,相容性不好,填料在树脂中不易均匀分散,界面粘结力低,使材料的拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率不但不能提高,反而会降低。
20世纪80年代以来,无机刚性粒子增韧理论和界面诱导理论的出现和发展,改变了只有添加弹性体才能提高材料韧性的传统观念。
一、填充剂聚合物/无机纳米粒子复合材料的制备方法包括插层法、原位聚合法、溶胶凝胶法、共混法等。
用插层法制备有机/无机纳米复合材料是近10年来材料科学领域研究的热点,具有重要的理论意义。
1.1 膨润土丁腈橡胶(ＮＢＲ)具有与ＰＶＣ相近的溶解度参数和极性而常被用作ＰＶＣ的增韧改性剂。
但是传统的橡胶增韧普遍存在“增韧不增强”的缺点,即在提高韧性的同时,材料的拉伸强度、模量和耐热性能等明显下降。
济长江等采用适当的有机物对膨润土进行插层改性,再通过ＮＢＲ乳液插层法制备了ＮＢＲ/有机改性膨润土复合材料,研究了复合材料的结构、物理性能及其对ＰＶＣ的增韧作用。
1.2 白泥陈中华等通过多步交换反应及扩散—聚合的方法,使聚丙烯酸丁酯被嵌入到改性层状结构的白泥层间,得到白泥—聚丙烯酸丁酯纳米复合物的微米级粒子;然后将ＰＶＣ与白泥—聚丙烯酸丁酯进行熔融共混,制得具有一定特性的有机/无机纳米复合材料;并对复合材料的缺口冲击强度及动态力学性能进行了研究。
碳酸钙的表面处理改性及其在塑料中的应用
碳酸钙的表面处理改性及其在塑料中的应用摘要：碳酸钙是橡胶与塑料制品的填料，能够提升制品的耐磨性与耐热性，保证尺寸的稳定性与刚度，并提升制品可加工性，还能减少制品的经济成本。
碳酸钙粉末的表面在经过改性处理后，可以有效的获得塑料机体材料。
在降低塑料制品的经济成本，并改善部分性能的同时，对于获得性价比较高的填充塑料有着深远的意义。
本文在分析碳酸钙表面处理改性技术及机理的基础上，对改性碳酸钙在塑料制品中的应用进行研究，从而推动碳酸钙行业不断发展。
关键词：碳酸钙；表面处理改性；塑料；应用碳酸钙被应用在了PVC、PE、PP以及ABS等材料中，加入碳酸钙可以改善塑料制品中的部分性能，能够提升制品的使用范围，还能在塑料加工中减少一定的树脂收缩率，从而改变流态状态，提升粘度。
碳酸钙应用在塑料制品中，可以有效提升制品的性能，通过研究碳酸钙的表面处理改性及其在塑料中的应用，可以帮助企业充分明确塑料制品的综合品质，降低经济成本与碳酸钙的关系，明确碳酸钙表面处理改性，从而到达应用目标，促进碳酸钙应用范围扩大。
一、碳酸钙表面处理改性碳酸钙的表面处理是经过物理与化学的方式来吸附表面处理剂，或者键合在碳酸钙表面中，构成包膜，改善表面的性能。
随着时间的推移，人们对于碳酸钙的研究不断加深，在碳酸钙处理剂与处理方法上面已经有了很多的技术方法。
碳酸钙的表面处理方法主要可分为偶联剂、有机物、无机物等表面处理方式[1]。
通过研究，可以充分为碳酸钙的应用提供依据。
（一）偶联剂表面处理偶联剂表现处理主要是通过两性结构化合物来处理，分为硅烷类、铝酸酯类等，还可以应用锌酸酯、铬酸酯等作为表面处理。
偶联剂的作用机理是借助分子的一端基团和碳酸钙的表明出现反应，从而构成化学键合，但是另一端和聚合物相容产生物理缠绕，把不同的材料经过偶联剂的作用结合起来，从而改善塑料制品的机械、物理特性。
例如，钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等等[2]。
（二）有机物表面处理有机物表现处理分为脂肪酸或盐处理、磷酸酯处理、聚合物处理等等，不同的表面处理会通过不同的作用产生不一样的反应、性能，从而达到处理作用。
【精品文章】活性碳酸钙-改性碳酸钙的特点及常用改性剂
活性碳酸钙/改性碳酸钙的特点及常用改性剂
作为填料使用的碳酸钙，若未经表面处理，与有机高聚物的亲和性较差，容易造成在高聚物中分散不均匀，从而造成两种材料的界面缺陷，因此需要改进碳酸钙填料的应用性能。
活性碳酸钙（又称改性碳酸钙）是以普通碳酸钙粉体（有重钙和轻钙之分）为基料，采用多功能表面活性剂和复合型高效加工助剂，对无机粉体表面进行改性活化处理而成。
经改性处理后的碳酸钙粉体，表面形成一种特殊的包层结构，能显著改善在聚烯烃等高聚物基体中的分散性和亲和性，并且能与高聚物基体间产生界面作用，从而提高制品的抗冲击强度，是一种性能优良的增量型填充料。
用表面活性剂处理碳酸钙时，由于碳酸钙是无机物，所以它和表面活性剂的亲水基有很大的亲和力，它们之间进行类似化学键这样的化学结合，亲油基就定向于碳酸钙微粒的表面，形成一层单分子膜。
这就是活性碳酸钙生产的基本原理，这样处理过的填料已由亲水性变为亲油性，对树脂一类的有机物有良好的亲和力。
必须指出，可以用来对碳酸钙进行表面处理的，除了表面活性剂以外，还有近年来发展起来的有机偶联剂以及各种改性剂。
凡是用这些物质处理的碳酸钙都可以笼统地称为活性碳酸钙。
活性碳酸钙对一般橡胶、塑料制品均具有一定补强性，改善无机填料与树脂的相容性，从而改善制品的机械性能、加工性能，提高复合材料的热稳定性，实现高填充。
pvc管材、板材、电缆料等，可提高复合材料热稳定性、表面光洁度、填料填充量，减少树脂用量，降低成本。
pp、pe、橡胶等，特别适用pvc管材，可提高复合材料热稳定性、表面光洁度、填。
碳酸钙的活化改性
碳酸钙的活化改性一、碳酸钙改性简介碳酸钙(CaCO3)粉体作为填充改性材料广泛应用于塑料、橡胶和涂料等行业，既可提高复合材料的刚性、硬度、耐磨性、耐热性和制品的尺寸稳定性等，又能降低制品的成本。
由于CaCO3原料来源广泛、价格低廉且无毒性，所以它是高聚物复合材料中用量最大的无机填料，尤其在塑料异型材行业中是最常用的无机粉体填料。
碳酸钙直接用于高聚物中存在两个缺陷：（1）分子间力、静电作用、氢键、氧桥等会引起碳酸钙粉体的团聚；（2）纳米碳酸钙表面具有亲水性较强且呈强碱性的羟基，会使其与聚合物的亲和性变差，易形成团聚体，造成在高聚物中分散不均匀，导致两种材料间界面缺陷。
因此，CaCO3应用在高聚物基复合材料中分散不均匀，界面结合力低，使复合材料界面间存在缺陷，导致橡塑制品的拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率等力学性能降低，从而影响其应用效果，且这一缺陷随着CaCO3填充量的增加而更加明显，甚至使制品无法使用。
为了增强CaCO3在高聚物中的浸润性，消除表面高势能，提高其在复合材料中的分散性能和疏水亲油性，改进CaCO3填充复合材料的加工和力学等综合性能，并提高其在复合材料中的填充量，需要对CaCO3进行改性。
目前，国内外对CaCO3，的表面改性主要有以下两个途径：①使颗粒微细或超微细化，从而改善其在高聚物复合材料中的分散性，且因其比表面积增大而增强CaCO3在复合材料中的补强作用；②改进CaCO3的表面性能，使其由无机性向有机性过渡，从而改善CaCO3与高聚物的相容性，提高橡塑制品的加工性能、物理性能及力学性能。
然而，微细化的CaCO3粒子存在以下两个缺陷：①CaCO3粒子粒径越小，其表面上的原子数越多，表面能越高，吸附作用越强，粒子间相互团聚的现象越明显，因此，CaCO3在高聚物基体中的分散性越差；②CaCO3颗粒微细化无法改变其表面亲水疏油性，与高聚物界面结合力依然较弱。
受外力冲击时，易造成界面缺陷，导致复合材料性能下降。
碳酸钙粒子增韧聚烯烃母料
碳酸钙粒子增韧聚烯烃母料产品（ST-12）专利始于1995年，1999年获得中石化组织产品鉴定。
2002年度获得中国石油化工科技发明二等奖。
目前这种增韧母料已发展出系列产品，可应用于PE、PP注塑、挤出、压延、薄膜吹塑、中空吹塑及拉丝等多种成型工艺及产品之中。
一般填充母料中的石粉颗粒尺寸较大，通常在10µm左右，与PE 基体结合不好，材料界面有空洞、间隙和缺陷，故材料性能较脆。
一般只能加入少量，并且对实际产品的长期耐环境应力开裂性能将具有不利的影响。
而增韧母料采用平均粒径0.5-1µm左右的超细石粉构成，且偶联处理效果较好，材料界面结合力较强，在界面及基体内部不含空洞、间隙等缺陷，故改性材料的冲击韧性及力学强度等性能均较高。
在最佳加入量30-40%的情况下，由于材料成型时基体的收缩，导致材料界面及基体中形成网络状晶体结构，基体结晶度增大，材料拉伸、弯曲强度及模量明显提高，特别是缺口冲击强度提高2-3倍（对HDPE)，或3-5倍（对共聚PP）左右，耐环境应力开裂性能也获得了大大的改善。
铝酸酯偶联剂在碳酸钙表面上的反应及其偶联机理的研究
铝酸酯偶联剂在碳酸钙表面上的反应及其偶联机理的研究铝酸酯偶联剂在碳酸钙表面上的反应及其偶联机理的研究铝酸酯偶联剂（aluminum stearate coupling agent）是一种常用于改性填料表面的有机化合物，它能有效提高填料与基体树脂之间的相容性，从而改善材料的力学性能、热稳定性和耐候性。
在这篇文章中，我们将从铝酸酯偶联剂的定义、特性及应用入手，深入探讨其在碳酸钙表面上的反应及偶联机理的研究成果。
在全面了解这一主题的基础上，我们将得出结论和个人观点，以更好地促进对这一领域的学术交流和思考。
1. 铝酸酯偶联剂的定义及特性铝酸酯偶联剂，是一类在化学结构上含有活性羟基（－OH）及羧基（－COOH）官能团的润湿性物质，通常是以无机碱和有机酸相互反应合成而成，具有疏水性和亲油性的特点。
它是一种常见的填料表面改性剂，在填料与树脂相互作用中发挥着重要作用。
2. 铝酸酯偶联剂的应用铝酸酯偶联剂主要应用于填充材料的改性中，如玻璃纤维增强塑料、橡胶制品、涂料、油墨等领域。
其主要功能是在填料表面形成一层保护膜，使填料分散性增强，与树脂更好地相互结合，从而提高材料的力学性能和耐老化性能。
3. 铝酸酯偶联剂在碳酸钙表面上的反应研究针对铝酸酯偶联剂在碳酸钙表面上的反应研究，学术界进行了大量探索和实验。
研究表明，铝酸酯偶联剂与碳酸钙表面发生的反应是一个复杂的化学过程，主要包括物理吸附、化学吸附和化学键合等多种方式。
通过表面分析技术、光谱技术和热分析技术等手段，研究人员发现，铝酸酯偶联剂与碳酸钙表面发生的化学反应主要是羟基和羧基与表面羟基或碳酸基团之间的键合作用。
4. 铝酸酯偶联剂在碳酸钙表面上的偶联机理铝酸酯偶联剂在碳酸钙表面上的偶联机理包括物理吸附、化学吸附和化学键合等多个阶段。
铝酸酯偶联剂的亲油性使其易于附着在碳酸钙表面上，并形成物理吸附层。
随后，由于偶联剂分子中的羟基与碳酸钙表面上的氢氧基团发生氢键作用，进行化学吸附。
成核剂与碳酸钙协同增强增韧聚丙烯的研究的开题报告
成核剂与碳酸钙协同增强增韧聚丙烯的研究的开题报告
一、选题背景
聚丙烯（PP）是一种广泛使用的聚合物，具有重量轻、耐化学腐蚀、耐磨损、稳定性好等优良性能。
但是，PP的韧性较差，易发生断裂和裂纹等缺陷。
因此，研究如何改善PP的韧性是一项重要的课题。
常见的改善PP韧性的方法有添加增韧剂和掺杂微量的填料等。
其中，成核剂能够改善PP的结晶性能、提高各向异性，进而增强PP的机械性能；而碳酸钙作为一种高强度、低成本、环保的填料，能够增加PP的硬度和刚度。
因此，采用成核剂与碳酸钙协同增强增韧的方法来改善PP的性能已成为研究的热点。
二、研究目的
本研究旨在通过制备含有成核剂和碳酸钙的PP复合材料，并对其结构和性能进行表征，以探索成核剂与碳酸钙协同增强增韧PP的机理，并为PP的应用提供一种有效的改良方法。
三、研究内容和方法
（1）制备含有不同类型和含量的成核剂和碳酸钙的PP复合材料；
（2）通过X-射线衍射（XRD）、差热分析（DSC）等手段对PP复合材料的结晶性能进行测试；
（3）通过扫描电镜（SEM）观察PP复合材料的断口形貌，评估其断裂行为；
（4）测试PP复合材料的物理性能（硬度、密度、吸水率）、力学性能（拉伸强度、弹性模量、断裂韧性等）及耐热性、耐老化性等性能。
四、预期研究结果
通过添加不同类型和含量的成核剂和碳酸钙，合理调控PP的结构和性能，使其具备更好的韧性和强度，提高其应用领域。
同时，探究成核剂与碳酸钙协同增强增韧PP的机理，为进一步优化PP复合材料的性能提供参考。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
碳酸钙填料增韧增强机理及复合偶联剂的改性应用
浅析
采用碳酸钙作为增韧粒子来提高高分子材料的冲击韧性是一种成熟的高分子材料改性技术。
碳酸钙对塑料的增韧效果关键取决于碳酸钙与塑料的界面结合强度。
而传统的碳酸钙表面处理采用各种酸酯类偶联剂、脂肪酸一盐及接枝物等，对复合材料的冲击韧性提高幅度不大。
因此对于复合材料界面改性研究的焦点是开发复合偶联剂。
新型的复合偶联剂。
通过界面增强剂与偶联剂复合后，对碳酸钙表面进行处理，以提高碳酸钙与聚烯烃两相界面的结合强度，既可改善聚烯烃树脂与无机刚性粒子间的相容性问题，又得到理想的无机粒子包覆层状态，以使复合材料的冲击强度提高。
碳酸钙的增韧增强机理为：
1、当受到外力冲击产生变形时，由于碳钙粒子的存在，产生了应力集中效应，引发其周围的聚基体树脂烯泾的屈服，这种基体的屈服将吸收大量的冲击能，产生曾韧作用；
2、当裂纹遇到碳酸钙粒子时候，会产生订扎-攀越活丁扎-裂纹二次引发效应，使裂纹扩展；
3、两相界面的部分受力碾砣形成空洞，从而使裂纹钝化，不至于发展成破坏性开裂。
从碳酸钙的增韧效果，关键取决于聚乙烯与无极填料的两相界面的结合强度。
碳酸钙表面复合活化机理。