粉煤灰填充聚丙烯材料性能研究

白新生

（新疆烏魯木齊石化公司塑料廠，新疆烏魯木齊 830019）

研究與開發Research and Development

粉煤灰填充聚丙烯材料性能研究

白新生

（新疆烏魯木齊石化公司塑料廠，新疆烏魯木齊 830019）

選用合適的偶聯劑及其用量對超細粉煤灰（1 200目）進行表面處理，再將處理過的粉煤灰填充到聚丙烯中，進行共混改性，這樣不但能節約成本得到性能優異的材料，而且減少了粉煤灰的污染，環保意義重大。

粉煤灰；偶聯劑；共混改性；填充

1 前言

粉煤灰作為一種無機填料，不僅能使塑料制品價格大幅降低，而且能夠改善塑料制品的性能。以聚乙烯為例：粉煤灰經過處理，在聚乙烯中添加35%，材料的拉伸強度為 30.4MPa，彎曲強度為63.3MPa，馬丁耐熱溫度為76℃，140℃尺寸變化率為1.3%，比重為1.69。所以，粉煤灰作為塑料填料，既有增量作用，又有改性效果。但是由于PP、PE樹脂為非極性材料而一般無機填料多為極性物質，當它們分散到樹脂中時，會因極性差異而造成兩者相容性不好，此外無機填料粒徑小，比表面積大，表面能高極易發生團聚而影響其在樹脂中的分散，從而給復合材料的加工性能和制品的使用性能帶來不良影響。因此選用適宜的偶聯劑并確定其用量對無機填料表面進行適當處理，通過化學反應或物理方法，使其表面極性接近所填充的高分子樹脂，改善其相容性時是十分必要的。

2 實驗部分

2.1 實驗流程

超細粉煤灰→加偶聯劑活化→加載體→高速攪拌→擠出混煉→切粒→打樣條→測試→結果分析

2.2 實驗使用主要原材料

聚丙烯粉料 烏魯木齊石化新峰股份有限公司

NDZ201

NDZ301

超細粉煤灰（1 200目） 烏魯木齊石化公司電廠

鋁酸脂偶聯劑 福師大高分子材料廠

硅烷偶聯劑（KH550） 南京曙光化學試劑廠

2.3 主要實驗設備

高速混合機（GH—1008） 北京塑料機械廠

雙螺桿混煉擠出機（SHJ-30） 南京橡膠機械廠

塑料注射成型機（SZ-250/100） 無錫第二輕工機械廠

微機控制電子萬能試驗機（CMT6503） 深圳新三思材料實驗儀器有限公司

激光粒度分析儀（JL-1166） 四川精新粉體測試儀器有限公司

2.4 實驗過程

（1）選好偶聯劑并確定最佳用量。

（2）將一定量的粉煤灰先放入高攪機中與偶聯劑一起高速攪拌3min后，加入聚丙烯及抗氧劑，高速攪拌2min，將混合料從高速混合機內取出，冷卻至室溫。

（3）將配制好的料加入雙螺桿擠出機中造粒，干燥后，用注塑成型機制作強度測試樣條，放在30℃水浴中恒溫24h后，按強度測試要求測試樣條的強度及伸長。

2.5 測試方法

拉伸試驗：根據GB/T 1040—2006測拉伸強度和斷裂伸長率，拉伸速度為50mm/min。

3 結果與討論

3.1 偶聯劑的選用

分析：

從拉伸的測試結果看，細粉顆粒已進入樹脂的大分子束間，當樹脂受到拉伸時，它阻礙了大分子之間相互的滑動，但絲毫沒有損傷樹脂基體的整體性，從而導致了抗拉伸強度升高，斷裂伸長率下降。

在普通的活化處理中，選擇偶聯劑應遵循的原則是：

（1）填料表面極性與聚合物極性相差很大，應選擇填料表面處理后極性接近聚合物極性的處理劑；

（2）填料表面含有反應較大的官能團，則應選擇與這些官能團在處理或填充工藝過程中能發生化學反應的處理劑，填料表面如呈酸（堿）性，則處理劑應選用堿（酸）性；如填料表面呈氧化性（還原性），處理劑應選用還原性（氧化性），如填料表面具有陽離子（陰離子）交換性，則處理劑應選用可與其陽離子（陰離子）進行置換的類型。

對處理劑而言，能與填料表面發生化學結合的比未發生結合的效果好，并應選用聚合物加工工藝條件下不分解，不變色以及不從填料表面脫落的處理劑。偶聯劑通常與無機填料表面通過離子鍵或共價鍵的方式相連，而與聚合物基體之間的相互作用則包括了鏈纏繞、鉸鏈反應或通過雙鍵接枝。

很明顯，相互作用的性質決定了哪偶聯劑是有效的。硅氧烷類則需要無機填料表面有羥基存在，從而在填料表面形成Si—O鍵。由于粉煤灰的微觀結構為玻璃微珠，主要成分為S io2，Al2O3等，表面有羥基存在從而硅氧烷類偶連劑在填料表面形成Si—O鍵，改善了粉煤灰與樹脂的相容性和浸潤性，能有效的分散填料和改善界面黏合力。因此用硅烷偶聯劑處理就能達到比較好的效果。綜上所述，可見對于粉煤灰填充來說，硅氧烷類偶聯劑是可以使用的。因此，選用KH550作為下一步實驗的偶聯劑。

3.2 偶聯劑的用量

分析如下：在一定的偶聯劑用量范圍內，同時因粉煤灰的玻璃微珠結構具有吸油量小與能改善制品表面的優點。玻璃微珠僅能輕微的降低聚合物熔體的流動性，可以達到較高的填充量。在機械負荷下，玻璃微珠可以改進應力分布，從而能大大提高材料的強度。

在KH550偶聯劑的加入量為3%左右時，其材料在同組配方中強度最好，在此基礎上加少量的接枝馬來酸酐的相溶劑（CMG9801）能使其強度得到進一步的提高。偶聯劑的加入量為4%時，由于偶聯劑用量過大，可能會將無機粒子完全包覆，使發生偶聯反應的活性點數減少，反而不能起到應有的偶聯作用。如要使材料具有較高的斷裂伸長率，則還要對其做進一步的改性。

4 結論

1）針對粉煤灰的特點和制品的用途選擇性能優良的偶聯劑很重要，通過實驗確定了偶聯劑為KH550。

2）通過實驗確定了偶聯劑的加入量，使得制品的性能更加優異。

3）將粉煤灰應用于聚丙烯填充，具有重大的環保意義，社會效益和經濟效益顯著，應大力推廣使用。

[1] 卡茨，李佐邦.塑料用填料及增強劑手冊[M].北京：化學出版社，1985.

Study on Performance of Fly Ash Filled Polypropylene Material

Bai Xin-sheng

The surface treatment of superf i ne fl y ash（1 200 mesh）was carried out by using appropriate coupling agent and its dosage.The treated fl y ash was fi lled into polypropylene and blended to improve the cost.Get the performance of excellent materials，but also reduce the pollution of fl y ash，environmental signif i cance is signif i cant.

f l y ash；coupling agent；blending modif i cation；f i lling

TQ327.8

：A

：1003–6490（2017）04–0140–02