工程塑料用鈦白粉的有機改性及性能影響研究

宋運萍，許 冉

（龍佰集團股份有限公司，河南 焦作 454006）

0 引言

未經表面處理的鈦白粉表面具有親水性，影響了其在工程塑料中的應用。本文主要采用有機改性劑對鈦白粉表面進行改性處理，改變鈦白粉表面的特性，并對其在ABS 塑料體系中的應用性能進行研究。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

金紅石型鈦白粉，龍佰集團股份有限公司；鋁酸酯，南京能德新材料公司；鋁鋯酸酯，廣州君葉偶聯劑公司；聚硅氧烷，贏創特種化學（上海）有限公司；三羥甲基丙烷（TMP），上海曄華實業有限公司；TR-558AI ABS，韓國LG 公司。

1.2 試驗設備及儀器

SXJQ 實驗室數顯電動攪拌機，鄭州長城科工公司；SS99-YQ50 小型氣流粉碎機，北京海富達科技公司；101-1A 型電熱恒溫鼓風干燥，山東屹盛重工科技公司；RL-Z1B1-+熔體流動速率儀，上海思爾達科學儀器；SHJ 系列雙螺桿擠出機，江蘇新達科技公司；T-5202 懸臂梁沖擊試驗機+QT-6203S 拉伸實驗機，蘇州謙通儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 鈦白粉的有機表面改性試驗

稱取一定量鈦白粉，加入去離子水，制成質量濃度為450 g/L 的懸浮漿液，在懸浮漿液中加入打漿分散劑；針筒注射器分多次吸取稀釋好的有機改性劑均勻噴灑在鈦白粉表面，高速攪拌機攪拌均勻；將產物烘干+粉碎，制備得到微米級粒徑鈦白粉有機改性樣品。

1.3.2 ABS 色母粒與注塑樣條制備

將ABS 樹脂載體與有機改性后的鈦白粉按一定比例混合均勻得到混合粉料，將混合粉料加入到雙螺桿擠出機，經熔融、擠出、造粒、水冷、風干、切粒、干燥得到色母粒[1]。按鈦白粉質量分數1%加入色母粒，注塑機注塑成條形樣板。

1.4 表征與測試

鈦白粉親疏水性測試：將有機改性處理后的鈦白粉置于50 mL 去離子水中，加入無水乙醇，當漂浮于水面上的粉體完全潤濕時，觀察其狀態。根據GB/T 3682—2000 標準在測試熔融指數。根據GB 1040.1—2006 標準測試材料的拉伸強度和斷裂伸長率。按照GB/T 1843—2008 標準檢測樣條的沖擊強度。

2 結果與討論

2.1 不同有機改性劑對鈦白粉性能的影響

采用鋁酸酯、鋁鋯酸酯、聚硅氧烷、TMP 四種有機改性劑對鈦白粉進行表面處理，制備的樣品性能指標見表1。

表1 經不同有機改性劑表面處理后鈦白粉的性能指標

由表1 數據可知，與未改性鈦白粉相比經不同有機改性劑表面處理后，鈦白粉白度L 值、a 值、b 值均無明顯變化，吸油量有了顯著下降，有機改性劑在二氧化鈦粒子表面形成包覆層，二氧化鈦聚集態顆粒減少，分散度提高，顆粒間空隙減少，使得吸油量數值降低；鋁酸酯、鋁鋯酸酯、聚硅氧烷處理后鈦白粉表面表現為疏水性能，鈦白粉在有機改性處理過程中發生了官能團變化，產生了疏水親油基團，經TMP 改性處理后存在的醇羥基團仍然具有親水性[2-3]。

鈦白粉采用鋁酸酯、鋁鋯酸酯、聚硅氧烷處理后，其表面產生的疏水親油基團可增加鈦白粉與聚合物的相容性。

2.2 不同有機改性鈦白粉在ABS塑料體系中性能測試

2.2.1 不同有機改性鈦白粉對熔融指數的影響

熔融指數，也稱熔體流動速率，或熔體流動指數，是一種表示塑膠材料加工時的流動性的數值。對純ABS 樹脂、鋁酸酯改性鈦白粉、鋁鋯酸酯改性鈦白粉、聚硅氧烷改性鈦白粉、TMP 改性鈦白粉制備的ABS母粒進行熔融指數測試，測試結果分別為12.5、13.0、12.7、13.1、19.5 g/min。

經鋁酸酯、鋁鋯酸酯、聚硅氧烷表面處理鈦白粉后制備ABS 母粒熔融指數比純ABS 母粒有一定提高，幅度較小，對制備的產品力學性能影響較小[4]；經TMP 表面處理后鈦白粉制備的ABS 母粒熔融指數比純ABS 樹脂提高較顯著，會降低制備的產品力學性能，經TMP 表面處理后TiO2與ABS 聚合物樹脂體系相容性較差，導致熔融指數提高而力學性能下降。

2.2.2 不同有機改性鈦白粉對拉伸性能的影響

對鋁酸酯改性、鋁鋯酸酯改性、聚硅氧烷改性、TMP 改性鈦白粉ABS 母粒制備的注塑樣條進行拉伸性能測試，測試結果見表2。

表2 不同有機改性鈦白粉對拉伸性能的影響

由表2 數據可知，對比純ABS 樹脂，加入四種有機改性鈦白粉后對樹脂體系拉伸強度影響不顯著，對樹脂體系斷裂伸長率影響顯著。采用鋁鋯酸酯改性鈦白粉后，拉伸強度不變，斷裂伸長率略有下降，鋁鋯酸酯中改性基團與ABS 樹脂體系相容性較好，制備產品加工性能較好，抗拉性能較好；采用聚硅氧烷、鋁酸酯改性鈦白粉后，ABS 樹脂拉伸強度和斷裂伸長率均有一定程度下降，聚硅氧烷和鋁酸酯中存在活潑基團易與ABS 樹脂發生反應，材料抗拉性能下降；采用TMP 改性鈦白粉后，拉伸強度和斷裂伸長率都有較大下降，TMP 改性鈦白粉表面羥基較多，ABS 樹脂在加工過程中易發生降解，材料抗拉伸性能明顯下降。

2.2.3 沖擊強度

對ABS 純樹脂、鋁酸酯改性、鋁鋯酸酯改性、聚硅氧烷改性、TMP 改性鈦白粉ABS 母粒制備的注塑樣條進行沖擊強度測試，測試結果分別為14.8、14.2、14.1、12.9、12.1 kJ/m2。

有機改性鈦白粉加入后，沖擊強度均出現一定程度的下降，加入鋁酸酯改性處理鈦白粉樣條沖擊強度值較高為14.2 kJ/m2，加入TMP 處理鈦白粉的樣條沖擊強度值最低為12.1 kJ/m2。在有機改性處理鈦白粉ABS 樹脂體系中，帶入的各種有機官能團會與樹脂發生相應的降解反應，進而降低ABS 樹脂體系的沖擊強度。

3 結語

采用鋁酸酯、鋁鋯酸酯、聚硅氧烷、TMP 四種有機改性劑對鈦白粉進行表面改性處理實驗研究，得到不同的應用特性。在ABS 塑料生產中，在選用有機改性劑對鈦白粉進行表面改性處理時，必須根據塑料的應用體系來進行確定和選擇，進而提高材料綜合性能。