[發(fā)明專利]氨基硅烷偶聯(lián)劑改性的粉體填料表面改性效果的預(yù)評(píng)價(jià)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310028169.3
• 申請(qǐng)日: 2013-01-24
• 公開（公告）號(hào): CN103115875A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李龍飛;余德光;張紅霞;周海坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東生益科技股份有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/25
• 分類號(hào): G01N21/25
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種預(yù)評(píng)價(jià)填料表面改性處理效果的方法，適用于預(yù)評(píng)價(jià)采用氨基硅烷類偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性的粉體填料。

背景技術(shù)

粉體填料在塑料、橡膠、涂料、復(fù)合材料等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。由于粉體填料與有機(jī)聚合物的界面性質(zhì)不同，其相容性差，一般需要對(duì)填料進(jìn)行表面改性處理，以增強(qiáng)其與聚合物的相容性，提高其分散性，從而提高材料的力學(xué)性能及綜合性能。

粉體填料改性，主要通過化學(xué)改性劑在粉體填料表面吸附、包覆、化學(xué)反應(yīng)等方式實(shí)現(xiàn)。偶聯(lián)劑因其在粉體填料高聚物基體材料界面上起分子橋偶聯(lián)作用，能將界面性質(zhì)不同的材料通過化學(xué)鍵、物理吸附結(jié)合在一起，在粉體填料表面改性處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中，氨基硅烷類偶聯(lián)劑使用最為普遍。

偶聯(lián)劑是一類具有兩個(gè)不同性質(zhì)官能團(tuán)的物質(zhì)，它們分子中的一部分官能團(tuán)可與有機(jī)分子反應(yīng)，另一部分官能團(tuán)可與無(wú)機(jī)物表面的吸附水反應(yīng)，形成牢固的粘合。偶聯(lián)劑在復(fù)合材料中的作用在于它既能與增強(qiáng)材料表面的某些基團(tuán)反應(yīng)，又能與基體樹脂反應(yīng)，在增強(qiáng)材料與樹脂基體之間形成一個(gè)界面層，界面層能傳遞應(yīng)力，從而增強(qiáng)了增強(qiáng)材料與樹脂之間粘合強(qiáng)度，提高了復(fù)合材料的性能，同時(shí)還可以防止其它介質(zhì)向界面滲透，改善了界面狀態(tài)，有利于制品的耐老化、耐應(yīng)力及電絕緣性能。但有了偶聯(lián)劑并不一定能成功應(yīng)用，因?yàn)闊o(wú)機(jī)填料的表面經(jīng)常是親水性，它與油性聚合物無(wú)親和性，有些聚合物中添加了填充劑后，有些性能有改善，有些性能則降低。因此必須視具體用途選擇填充劑，并通過表面處理來改善填充劑與聚合物的親和性，大幅度的提高聚合物材料的物化性能。

采用偶聯(lián)劑處理無(wú)機(jī)填料表面是目前應(yīng)用最廣泛的一種方法。偶聯(lián)劑的種類發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)有了很多比如：硅烷類類、鈦酸酯類、磷酸酯類、鋁酸酯類、硼酸酯類、鋁鈦復(fù)合類等等。應(yīng)用偶聯(lián)劑不僅可以改善無(wú)機(jī)填料與聚合物之間的親和性，降低其表面張力，促進(jìn)良好的濕潤(rùn)和包覆作用，而且在界面上建立化學(xué)鍵合結(jié)構(gòu)，從而形成最牢固和穩(wěn)定的復(fù)合體系，因此無(wú)機(jī)填料表面處理的效果是由提高與聚合物之間的黏結(jié)強(qiáng)度和形成特殊的界面層等各種因素復(fù)雜的組合而體現(xiàn)出來的。

如錢海燕等人在（錢海燕，葉旭初，張少明，非金屬礦粉體改性及其效果評(píng)價(jià)，非金屬礦，2001，24（2）：10~12）中所述，目前對(duì)粉體填料表面改性處理效果的評(píng)價(jià)主要有兩類。

一類方法是應(yīng)用結(jié)果評(píng)價(jià)方法：依據(jù)應(yīng)用添加改性后的粉體填料的制成品的力學(xué)性能及綜合性能，來評(píng)價(jià)該種表面改性的效果。該種應(yīng)用結(jié)果評(píng)價(jià)方法為目前業(yè)界最常用的方法，雖然結(jié)果準(zhǔn)確可靠，但該檢測(cè)方法耗費(fèi)的成品材料，檢測(cè)周期長(zhǎng)，屬于事后的結(jié)果反饋，不能滿足大批量生產(chǎn)時(shí)對(duì)粉體填料使用前監(jiān)控的需要。

另一類是預(yù)先評(píng)價(jià)方法：對(duì)改性后的粉體填料的表面特性進(jìn)行測(cè)量，來評(píng)價(jià)表面改性的效果。目前，對(duì)粉體填料表面改性處理效果評(píng)價(jià)的方法有：

1、指標(biāo)評(píng)價(jià)法：

指標(biāo)評(píng)價(jià)法主要應(yīng)用在對(duì)浸潤(rùn)性方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

浸潤(rùn)性：

浸潤(rùn)性是粉體填料與聚合物相容性的重要特性，對(duì)于浸潤(rùn)性的預(yù)評(píng)價(jià)，通常采用“接觸角”、“滲透時(shí)間”、“吸油值”、“活化指數(shù)”等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

接觸角：

改性粉體填料在非極性液體中的接觸角越小，其粉體的表面疏水性越強(qiáng)，其改性效果越好。因此，比較接觸角的變化，可以對(duì)粉體填料的改性效果做出評(píng)價(jià)。但是，接觸角的測(cè)試方法十分復(fù)雜，耗時(shí)費(fèi)力；而且其測(cè)試儀器價(jià)格昂貴，測(cè)試成本費(fèi)用非常高，不利于廣泛使用。

滲透時(shí)間：

將粉體填料裝滿小口容器，振實(shí)壓平后，將浸潤(rùn)液滴在粉體填料表面，記錄浸潤(rùn)液完全滲透到粉體填料中所需時(shí)間。該方法簡(jiǎn)單快捷，但其分辨力較低，某些粉體填料的滲透時(shí)間相差不大時(shí)，但其在聚合物基體中相容性、分散性，以及對(duì)聚合物的力學(xué)性能的改善程度相差較大。

滲透時(shí)間表征方法主要是基于界面浸潤(rùn)理論。依此理論，以滴水滴在改性粉體填料表面上形成的接觸角的情況來判斷改性粉體填料的浸潤(rùn)性，即親水疏油或者親油疏水性。經(jīng)分析得出接觸角與滲透時(shí)間成正比關(guān)系，因此，可以用接觸角和滲透時(shí)間來表征改性效果。此方法可間接表征改性粉體填料在聚合物基復(fù)合材料中的應(yīng)用效果。

吸油值或吸油率：

測(cè)定粉體填料表面的藥劑吸附量，取決于加入藥劑與粉體填料的化學(xué)鍵合作用的強(qiáng)弱，因此，可以使用吸油值來評(píng)價(jià)其改性效果。該方法操作較為簡(jiǎn)單，也已在行業(yè)內(nèi)廣泛使用，但測(cè)試結(jié)果受人工操作、和人員終點(diǎn)判斷的影響較大。同時(shí)，其分辨力較低，不滿足大批量生產(chǎn)時(shí)對(duì)粉體填料表面改性的效果評(píng)價(jià)的需要。

活化指數(shù)或活化率：