用于絹云母濕法加工大分子表面改性劑合成及應(yīng)用.pdf

1、絹云母粉體屬于片層狀天然礦物材料，價(jià)格低廉，作為無機(jī)填料添加到高聚物中能降低其生產(chǎn)成本，同時(shí)具有補(bǔ)強(qiáng)、提高阻隔、耐熱、絕緣及耐紫外光老化的性能。為了提高絹云母礦在濕法加工成粉體時(shí)的剝離成片與細(xì)化效果，并要求在加工的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì)絹云母粉體的有機(jī)包覆，以增加其與有機(jī)高聚物的相容性，提高它對(duì)塑料、橡膠、涂料等產(chǎn)品的填充改性效果，自行進(jìn)行了大分子設(shè)計(jì)，合成出了能達(dá)到以上技術(shù)要求的新型大分子表面改性劑，并申報(bào)了一項(xiàng)發(fā)明專利，獲得了授權(quán)(《一種大分

2、子表面改性劑和表面改性絹云母及其用途》，專利號(hào)：200910116375.3)。
　　 根據(jù)絹云母在濕法研磨、剝離加工成粉體的具體要求，以及所要填充改性的高聚物結(jié)構(gòu)、性能與用途，所設(shè)計(jì)的大分子表面改性劑應(yīng)具有以下分子結(jié)構(gòu)特征：
　　 1、所設(shè)計(jì)的大分子表面改性劑的錨固基團(tuán)要能在水性介質(zhì)中，通過離子鍵、或共價(jià)鍵、或氫鍵及范德華力等，較牢固地吸附在粉體顆粒表面，防止大分子表面改性劑的脫附；
　　 2、所設(shè)計(jì)的大分子表

3、面改性劑的可溶劑化柔性鏈段，與水分散介質(zhì)具有良好的相溶性，形成比較伸展的構(gòu)象，而在絹云母粉體顆粒表面形成足夠厚度的保護(hù)層，有利于其在加工成粉過程中剝離成片與細(xì)化；還要和填充改性的高分子具有一定的相容性，以提高它在其基體中的分散性。
　　 本文對(duì)采用自行設(shè)計(jì)合成大分子表面改性劑處理的絹云母粉體的具體應(yīng)用也作了研究。分別將絹云母粉體原樣和處理后的絹云母粉體，添加到丁腈橡膠及三元乙丙橡膠中制備橡膠復(fù)合材料，研究、比較了它們對(duì)綜合性能的

4、影響；將處理后的絹云母粉體作為電子級(jí)填料添加到覆銅板絕緣基材中，在達(dá)到相關(guān)電學(xué)、力學(xué)、阻燃等基本性能要求的前提下，研究了替代價(jià)高的電子級(jí)硅微粉，降低生產(chǎn)成本的可行性。
　　 本文共分三章：
　　 第一章是緒論。通過文獻(xiàn)調(diào)研，主要介紹了絹云母在高分子材料中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀，以及常用的無機(jī)粉體及其表面改性方法等，最后提出了本文的設(shè)計(jì)思路。
　　 第二章是介紹大分子表面改性劑PEG400-MAH-PAA的合成與表征。對(duì)絹

5、云母粉體表面結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，粉體表面存在大量Si-O-Si、Al-O-Al、Si-OH等反應(yīng)性基團(tuán)，為其表面改性以及合成大分子表面改性劑提供了分子設(shè)計(jì)的依據(jù)。選擇馬來酸酐(MAH)、聚乙二醇400(PEG400)為單體，按摩爾比1：1進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，生成聚乙二醇馬來酸單酯預(yù)聚體；再通過單酯預(yù)聚體末端引入的雙鍵，與丙烯酸(AA)單體進(jìn)行自由基共聚，得到聚乙二醇馬來酸單酯-聚丙烯酸嵌段共聚物(PEG400-MAH-PAA)。采用紅外FrIR、核

6、磁NMR、熱重分析TGA和凝膠滲透色譜GPC對(duì)嵌段共聚物進(jìn)行了表征。結(jié)果表明它符合我們預(yù)期設(shè)計(jì)的產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)；其分子量Mn=3050，Mw=3979，多分散系數(shù)d=1.302，分布較窄；開始分解溫度大于200℃，具有較高的熱穩(wěn)定性能，能滿足橡膠硫化溫度的要求。
　　 此外，還通過FrIR、TGA、TEM等手段，表征了本實(shí)驗(yàn)室前期所合成的大分子表面改性劑BA-VTES-SSS的結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)結(jié)果表明其性能達(dá)到了所設(shè)計(jì)的大分子表面改性劑

7、的要求。
　　 第三章是介紹絹云母的表面改性及在橡膠、覆銅板中應(yīng)用。大分子表面改性劑PEG400-MAH-PAA包覆改性絹云母為化學(xué)包覆，包覆效果較佳，不僅包覆改性后的絹云母在水中分散性提高，而且還增加了改性后的絹云母與天然、丁苯橡膠之間的相容性，提高了絹云母粉體在橡膠基體中分散性，從而使橡膠的熱穩(wěn)定、物理機(jī)械等性能得到較為明顯提高。不同比例的改性絹云母粉添加到橡膠中的力學(xué)數(shù)據(jù)表明，9％的添加比例對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果最佳。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

8、明：改性絹云母對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果好于輕質(zhì)碳酸鈣；大分子表面改性劑對(duì)絹云母的改性效果較小分子偶聯(lián)劑顯著；自行設(shè)計(jì)合成的大分子表面改性劑PEG400-MAH-PAA由于其本身極性較強(qiáng)，其表面改性的絹云母粉體對(duì)極性較大的橡膠的補(bǔ)強(qiáng)效果較為明顯，而對(duì)極性較弱的橡膠補(bǔ)強(qiáng)效果較差，甚至使橡膠的性能下降。試驗(yàn)結(jié)果還表明，自行設(shè)計(jì)合成的另一大分子表面改性劑BA-VTES-SSS，不僅能夠提高改性后的絹云母在水中的分散性，添加到三元乙丙膠中還可提高橡膠的力