滑石粉/聚丙烯復合材料的制備及結晶性能研究進展*

蔣博，赫秀娟

（沈陽化工學院材料科學與學院，遼寧沈陽110142）

滑石粉/聚丙烯復合材料的制備及結晶性能研究進展*

蔣博，赫秀娟

（沈陽化工學院材料科學與學院，遼寧沈陽110142）

綜述了Talc/PP復合材料的制備方法，提高滑石粉與聚丙烯相容性的方法，以及滑石粉/聚丙烯復合材料結晶性能的研究進展。

滑石粉；表面處理；聚丙烯；結晶性能

無機物填充改性是近年來聚丙烯（PP）塑料改性的重要方法之一。滑石粉（Talc）具有片層結構，在改性塑料的填料中占有重要地位，Talc填充聚丙烯后，材料的拉伸強度、彎曲強度、彎曲強度有所提高。由于有很高的性能價格比，Talc/PP復合材料發展迅速，目前在汽車行業、家電工業等領域得到了廣泛的應用[1-2]。因而對Talc/PP復合材料的制備及其性能的研究也成為了人們較關注的課題。

1 Talc/PP復合材料的制備

Talc/PP復合材料的制備主要采用熔融共混的方法。但由于Talc與聚丙烯的表面存在很大差異，兩者缺少親和性，相容性差，所以對Talc的表面處理或預先對聚丙烯進行處理以提高兩者的相容性成為制備Talc/聚丙烯復合材料的最關鍵的環節。

目前多采用偶聯劑對Talc的表面進行處理，采用的偶聯劑主要有鈦酸酯類[3-4]、鋁酸酯類[5]和硅烷類[6]。偶聯劑的處理過程基本相同，首先將滑石粉烘干，放入高速混合機內，然后均勻加入計量的稀釋好的偶聯劑，在適宜的溫度下攪拌數分鐘獲得改性滑石粉。樊澤東等人[7]對鈦酸酯偶聯劑與滑石粉表面的相互作用進行研究時發現，鈦酸酯偶聯劑在改性滑石粉過程中，兩者間除發生物理吸附作用外，還發生了化學作用，在滑石粉表面形成了牢固的包覆層，改變了無機粒子的表面性能。經鈦酸酯偶聯劑表面改性滑石粉填充的PP/POE/Talc復合材料與未改性滑石粉填充復合材料相比，其缺口沖擊強度可提高57.7%。李彩林等[8]研究了不同偶聯劑處理滑石粉對滑石粉/PP復合材料性能的影響，發現用硅烷偶聯劑處理滑石粉對增加滑石粉填充PP體系的剛性有利；用鈦酸酯偶聯劑處理滑石粉對提高滑石粉填充PP體系的韌性有利。為了充分發揮兩種偶聯劑的優勢，使用了復合偶聯劑，并對偶聯劑的添加順序進行了研究。羅楊云等[9]采用兩種偶聯劑的質量比為1︰1，先加入鈦酸酯偶聯劑處理后，再加入硅烷偶聯劑的方式處理樣品，復合材料的拉伸強度、彎曲強度、彈性模量以及缺口沖擊強度均優于其它方式處理的樣品。當滑石粉質量分數為10% ～20%時，經混合偶聯劑處理的復合體系，拉伸強度比未處理的提高2倍，沖擊強度比未處理的高約2倍多。

添加增容劑也可以提高滑石粉和PP間的相容性。周興平等[10]利用馬來酸酐（MAH）/苯乙烯（St）共單體固相接枝PP（MSP）作增容劑，采用熔融共混和注塑成型的方法，制備了PP/Talc復合材料。實驗發現：當滑石粉的質量分數低于30%時，復合材料的拉伸強度得到了改善，表明MSP增容劑改善了基體PP和填料滑石粉之間的界面黏附性。柏曉紅等[11]采用熔融接枝法用過氧化苯甲酰（BPO）做引發劑進行丙烯酸（AA）接枝PP，可以得到具有極性非晶態支鏈的PP接枝共聚物（PP-g-AA），再將其作為PP/Talc體系的增容劑，得到了性能較好的PP復合材料。實驗發現：PP/AA/BPO的質量比為100/3/0.3時，復合體系的力學性能最佳，當PP-g-AA的質量分數為10%時，增容效果最好，且復合體系的性能優于用偶聯劑處理滑石粉填充PP體系。

滑石粉具有片層結構，如果能夠將單體或聚合物分子插入到滑石粉層中，形成層狀復合材料，會增加兩組分界面相互作用從而使復合材料呈現卓越的力學性能、熱性能、氣體阻隔性及阻燃性能。目前大多數實驗都是采用熔融共混的方法簡單地將滑石粉填充到基體材料中，這樣滑石粉并沒有剝離。Shao[12]等設計了一種磨盤形力化學反應器，這種設備具有三維剪切的獨特結構，可提供強大三維剪切應力場。他們用這種設備碾磨PP/talc（50︰50）制備復合粉體，復合粉體再和PP用雙螺桿擠出機共混擠出，造粒，最后注射成型制成復合材料。用X-射線衍射表征，結果顯示滑石粉層間距的特征峰基本消失，表明滑石粉片層的堆積度大大減小。透射電鏡照片顯示，滑石粉片層均勻分散在聚合物基體中，并且尺寸在納米級，實現了滑石粉的插層，甚至剝離。

2 Talc/PP復合材料的結晶性能

楊華明等[13]用Avrami方程全面分析PP/Talc的等溫結晶動力學，并由此獲得相關的動力學參數；用Kissinger方程研究滑石粉對PP/Talc復合材料結晶活化能的影響。研究表明：加入滑石粉后明顯提高PP/滑石粉復合材料的結晶速率和結晶度；證明滑石粉能促進PP材料的結晶，并在PP結晶過程中起到異相成核作用。PP/Talc復合材料的等溫結晶過程屬于典型的異相成核機理。Mucha等[14]用滑石粉、白堊土、木粉、納米粘土粒子、炭黑、殼聚糖分別以質量分數5%的含量以粉末的形式填充PP。用差式掃描量熱法（DSC）測試復合體系中全同PP的等溫結晶動力學。結果顯示參數K和n與所用的填充物有關。研究發現滑石粉和炭黑具有最好的異相成核作用。Medeiros等[15]用DSC測量滑石粉對PP成核效應的影響和體系的非等溫結晶動力學。用Fillon法計算成核效應，動態成核用Ozawa法以2，5，10℃/min的降溫速率測試。結果顯示隨著填料含量的增加，結晶度和結晶溫度均升高，而以高冷卻速率測試時均下降，隨著溫度和填料含量的提高，Ozawa指數（n’）和成核效應均增加。結果也顯示，滑石粉對PP的成核效應可以和可用的最好的異相成核劑相媲美。

Choi和Kim[16]通過AFM，DSC，SEM and XRD研究注射成型PP/EPR/Talc共混體系中滑石粉的取向效應和取向結晶PP的非等溫結晶速率。實驗表明PP是在滑石粉的表面結晶生長的，并且PP的結晶是在滑石粉的表面垂直取向的，因此，結晶取向是受滑石粉取向影響的。在注射成型的樣品表面，隨著EPR分子量的降低和滑石粉含量的增加，結晶取向增加。由于樣品表層的滑石粉的取向幾乎是與流動方向一致的，結晶取向隨著結晶速率增加而成倍增加。觀察EPR分子量和滑石粉含量的變化PP/EPR/Talc共混體系的非等溫結晶行為表明：由于EPR的塑化作用，隨著EPR分子量的降低，非等溫結晶速率增加，由于滑石粉作為體系的成核劑，非等溫結晶速率隨滑石粉含量的增加而增加。

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Preparation of Talc/PP Composites and Research Progress in Their Crystallinity

JIANG Bo，HE Xiu-juan

（Department of Material Science and Technology，Shenyang Institute of Chemical Technology，Liaoning Shenyang 110142，China）

Preparation methods of talc/PP composites were introduced as well as the methods of improving the compatibility between polypropylene and Talc.The crystallinity of talc/PP composites was discussed.

Talc；Surface modification；Polypropylene；Mechanical properties；Crystallinity

TD875.3

A

1671-0460（2010）02-0189-03

2009-11-25

蔣博（1983-），男，遼寧錦州人，碩士研究生，從事高分子復合材料研究工作。

赫秀娟，電話：024-89387488，E-mail：x.j.he@hotmail.com。