海扬粉体偶联剂改性

        偶联剂是一种至少具有1个以上与无机粉体表面作用的基团和1个以上与机聚合物亲核基团的具有两性结构的有机物,用偶联剂法进行改性处理的主要的是提高超微粉体与其他物质,特别是有机高聚物分子的相容性,改善其在有t高聚物基料中的分散性的同时增强两种不同性质材料之间的结合力。这种方法用于离聚物/无机纳米复合材料和涂料中应用的无机超微粉体,如Si02,Al0,Zno. Caco,等的表面改性处理

       一般无机超微粒子表面能比较高,与表面能比较低的有机体的亲和性差,R者在相互混合时不能相容,导致界面上出现空隙。如果有机物是高聚物,空气中的水分进入上述空隙就会引起界面处高聚物的降解、脆化。采取偶联技术可以触决上述问题。

       超微粉体表面改性处理中常用的偶联剂是硅烷、钛酸酯、铝酸酯和错铝重盐。其中硅烷偶联剂主要用于酸性和中性无机超微粉体,如Si02, Al20,等白表面处理。对于表面带有羟基的无机超微粉体改性效果最好。硅烧偶联剂对各和无机纳米粒子表面化学结合程度的评价见表4-8,显然硅烷偶联剂对碳酸钙、黑、石墨等不适用,钛酸酯偶联剂主要用于中性或碱性无机超微粉体,如ZnoCaco,, Mgo等的表面改性。铝酸酯偶联剂可用于无机超微粉体,如碳酸钙碳酸镁、氧化镁、氧化铝、氧化锌等的表面改性。错铝酸盐偶联剂借氢氧化结和氢氧化铝基团的缩合作用可与羟基化的表面形成共价键联结,更重要的特性是能够参与金属表面羟基的形成并与金属表面形成氧络桥联的复合物,与硅烷偶联剂相似,结铝酸盐偶联剂适用于表面带有羟基的无机超微粉体,如Si02, Al0等以及金属氧化物的表面改性。

       研究表明,利用硅酮液、卤硅烷、硅氮烷、钛酸酯、铝酸酯等表面改性剂对纳米SiO2进行表面包覆处理可使其呈疏水性;选用具有两个以上官能团的偶联剂进行表面处理可使处理后的纳米氧化硅具有双亲性。

李国辉等人用偶联剂钛酸丁酯对纳米二氧化钛颗粒预处理后,再用甲基丙烯酸甲酯(MMA)进行聚合改性,研究了聚合改性物质的结构和改性后纳米二氧化钛的分散性能。钛酸丁酯与氧化钛表面羟基反应,在氧化钛表面生成交联反应物,甲基丙烯酸甲酯与其反应生成PMMA并均匀包覆于纳米二氧化钛颗粒的表面。通过聚合物改性的纳米二氧化钛在甲苯中具有良好的分散性能。

       笔者等对工业化纳米碳酸钙进行表面处理的研究结果见表4-9。原料为立方晶型碳酸钙,粒径约为40nm。改性在湿式状态(浆料中)进行,然后进行干燥。结果表明,用硬脂酸和偶联剂进行表面处理可以提高纳米碳酸钙的活化指数,使其与有机高聚物基料的相容性好;这些表面改性剂与纳米碳酸钙粒子表面的作用方式是物理-化学吸附。图4-16所示为用偶联剂钛酸酯和铝酸酯处理前后,纳米碳酸钙的透射电镜(TEM)照片。由此可见,表面处理后,粒子的团聚明显减弱对纳米氧化锌的表面处理,主要目的是改善用于橡胶、塑料、油性涂料、水性涂料以及化妆品领域的分散性和相容性。研究表明,用硬脂酸、钛酸酯和铝酸酯偶联剂改性处理纳米氧化锌可使橡胶制品的耐磨性提高10%~15%,增强胶料和骨架材料的黏合力约20%;用于塑料薄膜,耐剪切强度显著提高高。