硅酸酯型超分散剂的制备及在CaCO3/PE复合材料中的应用

超细粉体填充改性塑料是塑料行业发展的一大热点。一方面,超细粉体的填充改性可以降低生产成本;另一方面,塑料填充可以提高塑料基复合材料的综合性能。因此,超细粉体改性效果的好坏成为塑料填充改性的关键因素。目前,国内外对超细粉体改性的研究较多,其中超分散剂作为一种新型有效的分散助剂得到了普遍关注。本课题主要针对当前塑料填充改性方面,基于特定的无机粉体和有机树脂,设计并合成出了一类新型超分散剂,并将其应用到无机粉体的改性,采用熔融共混的方法注塑成型,制备了无机粉体填充改性有机树脂的复合材料,并研究了改性后复合材料的力学性能、熔体流动速率及其结晶行为等。(1)基于分子结构设计的原理,以碳酸钙、硬石膏等无机粉体的表面性质及有机树脂PE的基本性质为依据,结合偶联剂对颗粒表面的牢固吸附和超分散剂溶剂化链能提供足够的空间位阻的特点,设计出新型的硅酸酯聚酯型超分散剂。鉴于基体树脂PE的极性非常小,选择极性同样非常小且被英国ICI公司的Solsperse系列超分散剂作为主要成分的12-羟基硬脂酸作为单体,以辛酸亚锡为引发剂,二甲苯为溶剂,在抗氧剂的保护下,通过溶液缩聚法,合成出聚12-羟基硬脂酸,经异辛醇封端后,与硅酸四乙酯等进行酯交换,得到新型的硅酸酯聚酯型超分散剂。我们继续将硅酸四乙酯与低分子量的醇进行酯交换,收集无色透明且具有浓烈酒精气味的反应副产物,通过气相色谱测试,验证这种酯交换方式的可行性。对于这种基于填充粉体与基体树脂性质的超分散剂的合成方法还未见报道。(2)基于干法改性,成功地将自制超分散剂用于1250目超细重质碳酸钙、硬石膏和滑石粉三种无机粉体的表面改性,对比改性前后无机粉体于液体石蜡中的沉降体积和旋转黏度,筛选出最佳改性效果的超分散剂和最佳改性效果的无机粉体,并用于有机树脂的填充改性。同时,对不同溶剂化链段分子量及不同改性体系对CaCO3/PE复合材料力学性能的影响进行了研究,结果显示:经过改性的CaCO3填充的PE复合材料在不降低拉伸强度和弯曲强度的同时,可以显著提高材料的韧性,冲击强度较未改性的CaCO3/PE复合材料的冲击强度提高了接近50%。溶剂化链分子量为1830的聚酯型超分散剂与硬脂酸复配使用,较硬脂酸单独使用,熔体流动速率提高了3倍。(3)将硅酸四乙酯与不同碳链长度的单元醇进行酯交换,包括异辛醇、十二醇和十八醇三种,通过改性粉体在液体石蜡中的沉降体积和旋转黏度测试,寻找到了最佳的合成工艺条件。将未经改性的CaCO3、自制硅酸酯型分散剂改性的CaCO3和F2改性的CaCO3于转矩流变仪中与PE(6070)熔融共混,同时记录母料(CaCO3含量为80%)的扭矩随时间的变化曲线。最后,将母料与牌号为TR490的聚乙烯注塑成型,并对复合材料的力学性能和结晶行为进行了测试。结果显示,改性后的复合材料的性能均优于未经改性的,冲击强度最大可以提高50%左右。相对于工业级偶联剂F2改性的复合材料,自制的超分散剂在低改性剂添加量时并没有明显的优势,然而随着分散剂添加量增加到1.5%时,自制分散剂的优势逐渐显现。