[發明專利]用于聚合物復合材料的無機組合粒子的制備方法

無效

• 申請號: 200710035024.0
• 申請日: 2007-05-30
• 公開（公告）號: CN101058646A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 楊華明;張向超;唐愛東
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C08K9/00
• 分類號: C08K9/00;C09C3/12;C08L101/00;C08K3/36
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明屬于非金屬礦物材料深加工領域，更具體地說涉及能夠增強增韌聚合物復合材料的無機組合粒子的制備方法。

背景技術

我國非金屬礦產品種類繁多，已開發利用的就有30多種，非金屬礦加工業已形成相當的規模，各類非金屬礦物粉體的年總產量已達上億噸。礦物資源經過超微細加工、提純和表面改性等深加工制備的礦物材料，是重要的無機鹽原料，廣泛用于塑料、橡膠、造紙、涂料、油墨、建材、日用化工、醫藥、食品、飼料等行業；憑借其優異的物理化學性能，礦物材料在生物、電子、精細化學、納米技術等領域具有獨特的應用前景。

國內對非金屬礦精加工的技術和裝備離發達國家有相當大的差距。我國非金屬礦企業以生產、銷售非金屬礦初加工產品為主，主要作為普通的填料，技術含量及附加值不高，資源利用率低、產品競爭力低，而發達國家從我國低價進口大量的非金屬礦，通過深加工生產超微細和活性粉體等高附加值產品，返銷中國。

目前，國內外對非金屬礦資源的深加工以超細研磨和表面改性為主，相關的技術側重于物理法超細粉碎、藥劑表面處理及表面包覆等，工序以單一為主。所采用的無機粒子往往只是采用單種粒子填充取合物，由于普通單一的超細粒子填充聚合物時，在提高填充體系的剛度、模量、硬度、熱變形溫度和沖擊強度的同時，會不同程度地降低材料的拉伸強度、斷裂伸長率等性能(與基體樹脂相比)。

發明內容

發明人在以往的單種粒子填充聚合物(PP、PVC、ABS等)的研究中發現：不同種類、不同形貌、不同粒徑的剛性粒子能改善或提高聚合物材料不同方面的性能。如果將幾種物理、化學性質不同的粒子組合起來填充改性聚合物，由于粒子間的復合效應，綜合利用各粒子正的復合效應，避開單粒子作用時負的復合效應，充分利用系統效應，有可能制得到綜合性能好的聚合物復合材料。這種使材料性能增強的正的復合效應，稱之為協同效應(Synergisticeffect)。

本發明的目的在于提供能顯著提高聚合物材料綜合性能，使得無機粒子可以協同增強增韌聚合物復合材料的無機組合粒子的制備方法。

本發明的目的是通過下述方式實現的：

取兩種或兩種以上的無機粒子通過超細粉碎設備進行超微細加工，超微細加工過程中研磨介質與無機粒子的球料比為0.5-5，研磨0.5-4h；然后加入表面改性劑通過高速混合機進行表面改性，偶聯劑用量為無機粒子重量的0.05～0.5％。處理溫度控制在80-100℃，處理20-40min，最后即得到具有協同增強增韌聚合物復合材料的無機組合粒子。

表面改性劑包括硅烷、鈦酸鹽、鋁酸鹽、鋯鋁酸鹽類偶聯劑或硬脂酸鹽類改性劑中的一種或幾種。

所述的無機粒子包括：滑石(Talc)、硅灰石(Wollastonite)、重晶石(Barite)、碳酸鈣(Calcium?carbonate)、石英(Quartz)、高嶺土(Kaoline)、云母(Mica)、長石(Feldspar)、凹凸棒石、蒙脫土等非金屬礦以及無機納米材料(氧化鋁、二氧化鈦等)。

所述的超細粉碎設備包括振動磨、氣流磨、攪拌磨、球磨等。

滑石、石英、高嶺土、納米鈦白粉(TQG?N¹)組合粒子填充PP可使材料具有較好的拉伸強度，熱變形溫度和沖擊性能，而且材料的彎曲模量和彎曲強度也能得到明顯改善。其中納米鈦白粉、高嶺土、石英、滑石的在組合粒子重量百分比為的1％-10％，5％-20％，10％-40％，30％-80％。可采用硅烷偶聯劑的用量為無機組合粒子重量的0.1％-0.3％。

硅灰石、滑石、重晶石(WTB)組合粒子填充聚合物復合材料，WTB/PP的拉伸強度為純PP材料的93％，彎曲強度為基體樹脂的99.6％，彎曲模量較基體樹脂提高了68.7％，沖擊強度比基體樹脂提高了51.6％，負荷熱變形溫度提高了45.9％。其中硅灰石、滑石、重晶石在無機組合粒子的重量百分比為25-50％、30-45％、15-40％。可采用硅烷和鈦酸酯混合偶聯劑，其用量為無機組合粒子重量的0.05％-0.3％，硅烷和鈦酸酯的比例為1:4到4:1。