[發明專利]一種大分子表面改性劑和表面改性絹云母及其用途

無效

• 申請號: 200910116375.3
• 申請日: 2009-03-18
• 公開（公告）號: CN101508754A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 章于川;呂化奇;王家俊;錢家盛;李方山;夏茹;柴修安;王新春
• 申請（專利權）人: 滁州格銳礦業有限責任公司;安徽安大中鼎橡膠技術開發有限公司
• 主分類號: C08F220/18
• 分類號: C08F220/18;C08F212/14;C08F230/08;C09C3/12;C09C1/28;C08K9/06;C08K3/34;C08L23/16
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 吳啟運

一、技術領域

本發明涉及一種無機粉體表面改性用的表面改性劑，特別涉及大分子表面改性劑，具體地說是用于絹云母表面改性的大分子表面改性劑和表面改性絹云母及其用途。

二、背景技術介紹

通常，無機粉體的表面改性劑多使用市售的硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑等傳統小分子偶聯劑。但是由于小分子偶聯劑的分子鏈很短，導致了它和高分子材料基體的界面結合力較弱，改性使用量較大等不足。由此，研究者們提出了大分子表面改性劑的概念。在美國Wyandotte公司報道聚氧乙烯-氧丙烯嵌段共聚物可作為非離子表面處理劑后，各種具有表面活性的大分子表面處理劑陸續被合成出來。

大分子表面改性劑，通常泛指分子量在1000～10000之間的，具有表面活性的有機化合物。與小分子偶聯劑劑相比，大分子表面改性劑不但對復合材料的物理機械性能的改善比小分子更有效，而且其改善后的材料在熱穩定性、耐老化性等方面也優于小分子偶聯劑。這主要是由于通過錨固基團鍵合在無機粉體表面的大分子改性劑分子鏈能與高分子材料的分子鏈形成強的化學和物理結合，形成有效表面改性包覆；同時，大分子表面改性劑分子的溶劑化鏈段較長，可以和高分子基體材料有很好的相容性，使得無機粉體和高分子材料能形成很好的結合而改善高分子材料的性能；另外，還可以通過調節大分子表面改性劑的分子量和分子結構控制其強度和模量，從而實現對填料和基體之間界面結構的控制和優化。

目前大分子表面改性劑的制備方法主要是化學合成法，包括表面活性單體聚合、親水/縮水單體共聚合、大分子化學反應等。

絹云母(Sericite)是云母的一種，屬白云母的亞種，是具有層狀結構的硅酸鹽礦物。晶體為鱗片狀，晶體集合體呈塊狀，顯灰色、紫玫瑰色、白色等，具絲絹光澤。絹云母具有很廣泛的用途，可用于橡膠、塑料、涂料、油漆、陶瓷、保溫、化妝品、冶金等行業。絹云母的化學結構為KAl₂〔AlSi₂O₁₀〕(OH)₂，解理完全，可劈成極薄的片狀，片厚可達1u以下(理論上可削成0.001u)。徑厚比大，比重大，硬度高，富彈性，可彎曲，抗磨性和耐磨性好；耐熱絕緣，難溶于酸堿溶液，化學性質穩定。彈性模量高，耐高溫，具有很好的電絕緣性等。

但是，絹云母的性能優點在實際應用中的充分發揮受到一些關鍵因素的制約，如難以阻止其剝離、粉碎后的再次軟團聚。當其添加到橡膠等高分子基體材料中時，無法高效地達到微尺度的分散，嚴重影響其性能的發揮，甚至會影響到基體材料的宏觀性能。絹云母在橡膠中分散較為困難，因為在加工過程中橡膠無法象塑料那樣成為流動的熔體，僅僅依靠剪切力的作用在粘度高達10⁴～10⁵Pa·S的塑煉膠中混合，是很難達到預期分散效果的，如果無法高效地達到微尺度的分散，其自身的性能優點也就無法在材料的宏觀性能上表現出來，所以這就要求使用絹云母時必須對其進行表面包覆改性處理。

申請人長期從事無機粉體對橡膠改性的研究，理論和實踐都告訴我們，偶聯作用的效果主要卻決于粉體表面包覆修飾層的分子組成與結構。若其分子結構中既有能與絹云母表面形成強的鍵合(化學鍵合或物理鍵合)的基團，可以有效的對粉體表面包覆與修飾，同時又具有能與某種橡膠基體形成盡可能大的相互作用、達到良好相容的機團。則該表面改性劑對選定的粉體與指定的橡膠具有良好的偶聯作用。偶聯效果越好，則粉體越不易在橡膠基體種團聚，越易于分散。因此，表面改性劑的選擇與應用也是制備橡膠納米復合材料的關鍵技術之一。實踐表明，大分子表面處改性劑對絹云母表面包覆修飾的改性的效果優于小分子表面改性劑。但目前市場上僅有傳統的小分子型偶聯劑銷售，而無聚合型、針對絹云母應用的大分子表面改性劑。大分子作為表面改性劑的研究在國內報道甚少。特別是在適宜的條件下合成三元共聚物作為絹云母的表面改性劑，并且把改性后的絹云母粉體有針對性的應用于橡膠的改性到目前未見有相關報道。

三、發明內容

本發明旨在將絹云母粉體用于橡膠改性，制備橡膠/絹云母復合材料，以提高橡膠的機械強度、電絕緣性，所要解決的技術問題是遴選大分子表面改性劑并對礦物絹云母粉體表面進行包覆改性。

本發明設計、合成了三元共聚物丙烯酸丁酯-對苯乙烯磺酸鈉-乙烯基三乙氧基硅烷(BA-SSS-VTES)對絹云母進行包覆改性。

本發明所稱的大分子表面改性劑就是以丙烯酸丁酯、對苯乙烯磺酸鈉和乙烯基三乙氧基硅烷為原料的自由基引發共聚的分子量≤10000的共聚物BA-SSS-VTES，有以下化學式：