乳液法制備改性高嶺土及其在U-PVC中的應(yīng)用

郭 峰， 何 慧， 賈德民

(華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東 廣州 510640)

乳液法制備改性高嶺土及其在U-PVC中的應(yīng)用

郭 峰， 何 慧， 賈德民

(華南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 廣東 廣州 510640)

采用乳液聚合法制備一種甲基丙烯甲酯、丙烯酸丁酯改性的高嶺土復(fù)合粒子，并通過(guò)表面接觸角、沉降體積、紅外光譜、熱重分析等對(duì)其進(jìn)行分析表征；將該復(fù)合粒子與硬質(zhì)聚氯乙烯(U-PVC)制備成復(fù)合材料，研究改性高嶺土復(fù)合粒子對(duì)U-PVC復(fù)合材料力學(xué)性能、毛細(xì)管流變性能、耐熱性能等的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:高嶺土經(jīng)乳液聚合法改性后由親水性變成疏水性，隨著改性高嶺土復(fù)合粒子的加入，U-PVC復(fù)合體系的剛性和耐熱性能逐漸提高，當(dāng)改性高嶺土復(fù)合粒子的用量為8份時(shí)，U-PVC復(fù)合材料的抗沖擊性能最好；適量的改性高嶺土復(fù)合粒子可有效改善PVC基體和填料間的界面親和性.

改性高嶺土復(fù)合粒子； 硬質(zhì)聚氯乙烯； 疏水性； 流變性能； 耐熱性能

高嶺土作為一種儲(chǔ)量豐富的礦產(chǎn)資源，具有良好的白度、高黏結(jié)性、可塑性、優(yōu)良的電絕緣性等[1-3]優(yōu)點(diǎn)，其在塑料、橡膠、纖維等[4-7]行業(yè)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，但是由于高嶺土表面的親水疏油性，使其在聚合物基體中分散性較差，容易團(tuán)聚，限制了其應(yīng)用[8-9].聚氯乙烯作為最常用的塑料之一，由于其具有機(jī)械強(qiáng)度高，抗化學(xué)腐蝕好，電絕緣性能優(yōu)良，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于建材、電力、汽車(chē)、家電包裝以及其他各種日常生活用品中[10-11]，但硬質(zhì)聚氯乙烯(U-PVC)也有一些明顯的缺點(diǎn)，如抗沖擊性能差、受熱易分解、耐寒性差等，特別是低溫脆性較大，同樣限制了U-PVC的應(yīng)用[12-14].因此，本文采用乳液聚合法加入兩種小分子單體對(duì)高嶺土表面進(jìn)行改性，制備一種改性高嶺土復(fù)合粒子，并將其加入到U-PVC基體中，研究其對(duì)U-PVC結(jié)構(gòu)和性能的影響.這對(duì)拓展高嶺土和硬質(zhì)聚氯乙烯的進(jìn)一步應(yīng)用具有十分重要的意義.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

U-PVC：粉料，型號(hào)SG5，聚合度為1 000～1 100，K值為66～68，天業(yè)牌，新疆天業(yè)集團(tuán)有限公司；高嶺土：白色粉料，茂名高嶺土科技有限公司；有機(jī)錫穩(wěn)定劑：液體，型號(hào)T-178，北京阿科瑪化學(xué)有限公司；PVC的其他助劑如硬脂酸鈣、石蠟、聚乙烯蠟、加工助劑ACR401(丙烯酸酯共聚物)、鈦白粉均為工業(yè)級(jí)，市售；硅烷偶聯(lián)劑KH570：工業(yè)級(jí)，南京曙光硅烷化工有限公司；甲基丙烯酸甲酯：化學(xué)純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；丙烯酸丁酯：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心；十二烷基硫酸鈉：分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠；過(guò)硫酸鉀：分析純，天津市福晨化學(xué)試劑廠.

1.2 試樣的制備

1.2.1 高嶺土的表面預(yù)處理

將高嶺土放于105 ℃的烘箱中干燥3 h，稱取50 g的高嶺土倒入三口燒瓶中；稱取2.5 g硅烷偶聯(lián)劑KH570，在pH=8、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95 %的乙醇溶液中水解1.5 h至澄清，得到硅烷偶聯(lián)劑的水解液，再取上述配制好的水解液100 g加入到預(yù)先裝有50 g高嶺土的三口燒瓶中，在65 ℃的水浴條件下反應(yīng)3 h，抽濾，烘干，研磨，得到經(jīng)KH570表面預(yù)處理的高嶺土粒子.

1.2.2 乳液法制備改性高嶺土復(fù)合粒子

預(yù)先配置好質(zhì)量濃度為2.6 g/L的十二烷基硫酸鈉溶液150 mL，再量取100 mL加入到裝有攪拌器、恒壓漏斗的三口燒瓶中，滴入3～4滴氨水，調(diào)節(jié)pH為8～9，加入20 g經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH570表面預(yù)處理過(guò)的高嶺土，電磁攪拌30 min，超聲分散40 min，加熱升溫并攪拌，加入0.2 g引發(fā)劑過(guò)硫酸鉀反應(yīng)1.5 h后，分兩個(gè)階段緩慢加入5.5 g 丙烯酸丁酯及4.5 g甲基丙烯酸甲酯單體，75 ℃反應(yīng)5 h，冷卻，抽濾，干燥，初步制得聚合物包覆改性高嶺土復(fù)合粒子(記為m-kaolin).稱取部分復(fù)合粒子干燥樣品在甲苯中抽提24 h，烘干.

1.2.3 改性高嶺土復(fù)合粒子/U-PVC復(fù)合材料的制備

按配方將原料預(yù)混好，在φ160雙輥開(kāi)煉機(jī)上混煉塑化8 min，混煉溫度控制在170～175 ℃，混煉均勻出片，用25 t液壓平板壓力機(jī)制樣，冷卻后用萬(wàn)能制樣機(jī)裁樣，得到的樣條在室溫下放置24 h后進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試.

1.3 測(cè)試與表征

1.3.1 接觸角測(cè)試

將5 μL去離子水緩慢滴在用改性高嶺土壓制好的薄片試樣上，用表面接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)定水的靜態(tài)接觸角，每個(gè)試樣取3個(gè)不同的測(cè)量點(diǎn)，接觸角的結(jié)果取其平均值.

1.3.2 沉降體積測(cè)試

稱取2.00 g改性樣品，置于帶磨口塞的刻度量筒中，加液體石蠟至20 mL，上下震蕩5 min，在室溫下靜置12～72 h，記錄沉淀物所占的容積(mL)，以每克沉淀物所占容積表示聚合物改性高嶺土的沉降體積.

1.3.3 FTIR測(cè)試

試樣與KBr經(jīng)研磨、壓片，用美國(guó)Nicolet公司MAGNA-IR760型傅立葉紅外光譜儀進(jìn)行測(cè)試分析，掃描次數(shù)為128次，記錄波數(shù)為4 000～400 cm-1.

1.3.4 熱重分析(TG)

采用美國(guó)TA公司的Q5000型熱重分析儀測(cè)定復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，溫度范圍30～600 ℃，升溫速率10 ℃/min，氛圍：N2.

1.3.5 力學(xué)性能測(cè)試

拉伸試驗(yàn)在Zwick/Roell公司的Z010型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，按照GB/T 1040—92 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測(cè)試，拉伸速率為20 mm/min；彎曲試驗(yàn)在Zwick/Roell公司的Z010型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，按照GB/T 9341—2000標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測(cè)試，跨度64 mm，壓頭速率20 mm/min；缺口沖擊試驗(yàn)在德國(guó)Zwick公司的5113型數(shù)顯沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，按照GB/T 1843—1996標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行測(cè)試，試樣為V型缺口.

1.3.6 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

采用德國(guó)NetZsch公司的DMA242進(jìn)行測(cè)試，溫度范圍為-20～150 ℃，升溫速率為3 ℃/min,頻率1 Hz，氮?dú)獗Ｗo(hù).

1.3.7 掃描電鏡分析(SEM)

采用荷蘭FEI公司的Nova NamoSEM430超高分辨率場(chǎng)發(fā)射電子顯微鏡對(duì)復(fù)合材料的沖擊斷面進(jìn)行觀察.

1.3.8 毛細(xì)管流變性能測(cè)試

采用日本島津公司的CFT-500D毛細(xì)管流變儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件：溫度180 ℃，改變負(fù)載，測(cè)試復(fù)合材料剪切速率與黏度的關(guān)系.

1.3.9 維卡軟化溫度

試樣的維卡軟化溫度采用意大利 CEAST 公司的CEAST6911 型維卡熱變形儀進(jìn)行測(cè)定，按照GB/T 1633—2000 采用 B120 法測(cè)定，采用 120 ℃/h 的升溫速率，傳熱介質(zhì)為硅油，載荷為 50 N.每個(gè)樣品至少測(cè)試3個(gè)試樣，結(jié)果取3次測(cè)量的平均值.

2 結(jié)果與討論

2.1 改性高嶺土復(fù)合粒子的性能表征與分析

2.1.1 接觸角測(cè)試

高嶺土改性前后其表面浸潤(rùn)性能發(fā)生改變，可通過(guò)測(cè)量接觸角進(jìn)行衡量.通常若接觸角小于90°，則表明該材料表面是親水的，且數(shù)值越小，表示潤(rùn)濕性越好；若接觸角大于90°，則表明該材料表面是疏水的，且數(shù)值越大，表示水滴越不容易潤(rùn)濕該材料[15].

圖1為水滴在未改性高嶺土、改性高嶺土復(fù)合粒子所壓制薄片的表面接觸角照片.表1為水滴在未改性高嶺土、改性高嶺土復(fù)合粒子所壓制薄片的表面接觸角數(shù)據(jù).

圖1 水滴在未改性高嶺土、改性高嶺土復(fù)合粒子所分別壓制薄片的表面接觸角照片

高嶺土樣品表面接觸角/(°)未改性高嶺土0改性高嶺土復(fù)合粒子118 4

從圖1和表1可以看出：未改性高嶺土是親水性的，水滴在上面被完全吸收，接觸角為0°；而經(jīng)乳液聚合法制備的高嶺土由親水性變成了親油性，在試樣表面可清晰地看到水滴輪廓，其接觸角為118.4°.

2.1.2 沉降體積

沉降體積可以反應(yīng)微粒在液體中分散性的好壞.沉降體積越小，表明微粒在沉降時(shí)排列堆積緊密，則液體對(duì)微粒的浸潤(rùn)性越好；反之，沉降體積越大，表明微粒在沉降時(shí)排列堆積疏松，則液體對(duì)微粒的浸潤(rùn)性越差[16].圖2為未改性高嶺土和乳液法制備的改性高嶺土復(fù)合粒子在液體石蠟中的沉降體積.從圖2可知：改性高嶺土復(fù)合粒子的沉降體積小于未改性高嶺土粒子的沉降體積，且在48 h后沉降體積基本不變，表明改性高嶺土復(fù)合粒子在液體石蠟中浸潤(rùn)性較好，且分散穩(wěn)定.

圖2 未改性高嶺土和乳液法制備的改性高嶺土復(fù)合粒子在液體石蠟中的沉降體積

2.1.3 在液體石蠟中的分散性

圖3為高嶺土改性前后在液體石蠟中經(jīng)超聲分散30 min后取樣的光學(xué)顯微鏡照片(放大1 000倍).

圖3 高嶺土改性前、后在液體石蠟中分散狀態(tài)的光學(xué)顯微鏡照片

由圖3(a)可看出：未改性高嶺土在液體石蠟中團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，雖然經(jīng)過(guò)超聲分散但仍不均勻；由圖3(b)可看出:改性高嶺土復(fù)合粒子在液體石蠟中分散均勻，沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重的團(tuán)聚現(xiàn)象.

2.1.4 紅外光譜分析

圖4為經(jīng)甲苯抽提24 h后改性高嶺土復(fù)合粒子和未改性高嶺土的紅外譜圖.從圖4可以看出:改性高嶺土復(fù)合粒子除具有未改性高嶺土的特征峰外，還在2 957 cm-1處出現(xiàn)了—CH3的伸縮振動(dòng)峰，在1 732 cm-1處出現(xiàn)了C==O的伸縮振動(dòng)峰，表明甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯與高嶺土表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng).但是這些峰的強(qiáng)度不大，可能與甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯的包覆率較低有關(guān).

圖4 未改性高嶺土和改性高嶺土復(fù)合粒子的紅外譜圖

2.1.5 熱失重分析

圖5為分別為經(jīng)過(guò)甲苯抽提24 h后的改性高嶺土復(fù)合粒子和未改性高嶺土的熱失重曲線.未改性的高嶺土并未出現(xiàn)明顯的失重平臺(tái)，而由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯兩種單體改性的高嶺土在393 ℃處出現(xiàn)了失重臺(tái)階，該溫度對(duì)應(yīng)于丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯形成的聚合物的裂解溫度.查相關(guān)資料[17]，聚甲基丙烯酸甲酯的裂解溫度在350～400 ℃，與圖5所反應(yīng)的聚合物裂解溫度相吻合.此外，分析TGA譜圖可知：未改性高嶺土在30 ℃到600 ℃之間失重了試樣總質(zhì)量的0.78 %；乳液法制備的改性高嶺土復(fù)合粒子在30 ℃到600 ℃之間失重了試樣總質(zhì)量的15.86 %,經(jīng)過(guò)計(jì)算可得，高嶺土表面的改性物負(fù)載量為試樣質(zhì)量的15.08 %.

圖5 未改性高嶺土和改性高嶺土復(fù)合粒子的TG譜圖

2.2 乳液法制備的改性高嶺土復(fù)合粒子對(duì)U-PVC復(fù)合材料力學(xué)性能的影響

圖6為3組溫度下改性高嶺土復(fù)合粒子的用量對(duì)U-PVC復(fù)合材料缺口力學(xué)性能的影響.從圖6(a)可以看出：隨著改性高嶺土復(fù)合粒子用量的增加，復(fù)合材料在23 ℃、0 ℃、-15 ℃ 的缺口沖擊強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，且在改性高嶺土復(fù)合粒子用量為8份時(shí)，缺口沖擊強(qiáng)度分別在3組溫度下出現(xiàn)了最大值；此外，從圖6(a)還可以看出在改性高嶺土添加份數(shù)相同時(shí)，23 ℃條件下的缺口沖擊強(qiáng)度最高，0 ℃次之，-15 ℃ 最低.這可能是因?yàn)楫?dāng)改性高嶺土復(fù)合粒子的用量較少時(shí)，分散在U-PVC基體中的高嶺土顆粒充當(dāng)應(yīng)力集中體，誘發(fā)粒子周?chē)幕w產(chǎn)生大量的銀紋和剪切帶，吸收大量的能量，同時(shí)又阻止銀紋進(jìn)一步發(fā)展成裂紋，從而提高材料的抗沖擊性能；但隨著改性高嶺土復(fù)合粒子的用量進(jìn)一步增加，高嶺土顆粒在U-PVC基體中發(fā)生團(tuán)聚，分散不均勻，顆粒間的距離過(guò)于接近，反而導(dǎo)致銀紋容易發(fā)展成為大裂紋，抗沖擊性能出現(xiàn)下降，故缺口沖擊強(qiáng)度出現(xiàn)先緩慢上升后逐漸下降的趨勢(shì).從圖6(b)可以看出：隨著改性高嶺土復(fù)合粒子用量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度一定范圍內(nèi)呈下降的趨勢(shì)，但下降的幅度很小，這可能與高嶺土層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)受到拉伸作用時(shí)，片層高嶺土側(cè)面方向上更容易成為應(yīng)力集中點(diǎn).從圖6(c)和6(d)可以看出：隨著改性高嶺土復(fù)合粒子用量的增加，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度變化不大，在一定范圍內(nèi)起伏波動(dòng)，而彎曲模量則逐漸增大.

圖6 改性高嶺土復(fù)合粒子的用量對(duì)U-PVC復(fù)合材料在3組溫度下力學(xué)性能的影響

2.3 乳液法制備的改性高嶺土復(fù)合粒子對(duì)U-PVC 復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響

動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析(DMA)是研究材料受到變化著的外力作用時(shí)，其應(yīng)力-應(yīng)變隨溫度變化的規(guī)律，DMA一般用3種參數(shù)來(lái)表示：儲(chǔ)能模量、損耗模量和損耗因子tanδ值[18].

圖7為改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量隨溫度的變化曲線.從圖7可以看出：在玻璃化溫度以下，改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量高于沒(méi)加改性高嶺土復(fù)合粒子的，且隨著改性高嶺土復(fù)合粒子用量的增加而增大.

圖7 改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量隨溫度的變化曲線

圖8為改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料的損耗角正切tanδ隨溫度的變化曲線.從圖8可以看出：每條曲線都存在一個(gè)轉(zhuǎn)變峰，這是復(fù)合材料的玻璃化溫度，改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tanδ的峰值)較純樣U-PVC向高溫方向稍有偏移，但變化值不大.這可能是由于改性高嶺土復(fù)合粒子的加入，阻礙了U-PVC大分子的鏈段運(yùn)動(dòng)，使材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度向高溫方向移動(dòng).

圖8 改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料的損耗因子tan δ隨溫度的變化曲線

2.4 乳液法制備的改性高嶺土復(fù)合粒子對(duì)U-PVC 復(fù)合材料微觀形貌的影響

填料的分散對(duì)U-PVC復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能有著重要的影響，填料在塑料基體中的分散狀態(tài)可通過(guò)掃描電鏡來(lái)觀察分析.圖9為改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料的掃描電鏡照片.從圖9可以看出：當(dāng)改性高嶺土復(fù)合粒子的用量為8份時(shí)，其在U-PVC基體中分散均勻，幾乎沒(méi)有出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，而隨著填料的用量進(jìn)一步增加時(shí)(12份、16份)，改性高嶺土復(fù)合粒子在U-PVC基體中出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，尤其當(dāng)改性高嶺土復(fù)合粒子用量為16份時(shí)，團(tuán)聚現(xiàn)象較為明顯，表明加入適量的改性高嶺土復(fù)合粒子可有效改善U-PVC基體和填料的界面親和性.

圖9 改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料的掃描電鏡照片

2.5 乳液法制備的改性高嶺土復(fù)合粒子對(duì)U-PVC 復(fù)合材料流變性能的影響

為探究乳液法制備的改性高嶺土復(fù)合粒子的用量對(duì)U-PVC復(fù)合材料加工性能的影響，采用毛細(xì)管流變儀研究了復(fù)合體系剪切速率和黏度的關(guān)系.對(duì)剪切黏度η=Kγn-1兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)[19]，可得：

lgη=lgK+(n-1)lgγ

式中：η為剪切黏度；γ為剪切速率；n為非牛頓指數(shù)；K為材料的稠度系數(shù).

根據(jù)上式作lgγ-lgη的關(guān)系曲線，如圖10所示.由圖10可知：純U-PVC體系和U-PVC/m-kaolin體系依舊符合剪切變稀的黏彈特性，隨著剪切速率的增加，復(fù)合體系的黏度下降，這表明填料的加入并沒(méi)有改變U-PVC基體剪切變稀的流變行為.此外，從圖10還可以看出：隨著改性高嶺土復(fù)合粒子用量的增加，在相同的剪切速率下，復(fù)合體系的黏度是增大的，復(fù)合體系的加工流動(dòng)性有所降低.

圖10 改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合體系在180 ℃時(shí)黏度η和剪切速率γ的關(guān)系

2.6 乳液法制備的改性高嶺土復(fù)合粒子對(duì)U-PVC復(fù)合材料熱性能的影響

2.6.1 m-kaolin對(duì)U-PVC復(fù)合體系維卡軟化點(diǎn)的影響

維卡軟化點(diǎn)與聚合物復(fù)合材料的耐熱性能有著很緊密的關(guān)系.由圖11可知：隨著改性高嶺土復(fù)合粒子用量的增加，復(fù)合材料的維卡軟化點(diǎn)緩慢上升;沒(méi)有加入填料時(shí)，純U-PVC復(fù)合體系的維卡軟化點(diǎn)為82 ℃，當(dāng)填料加入到16份時(shí)，U-PVC/m-kaolin復(fù)合體系的維卡軟化點(diǎn)為83.1 ℃，提高了1.1 ℃，可見(jiàn)改性高嶺土的加入有利于U-PVC復(fù)合體系的耐熱性能.

圖11 改性高嶺土復(fù)合粒子用量對(duì)U-PVC復(fù)合材料維卡軟化點(diǎn)的影響

2.6.2 U-PVC/m-kaolin復(fù)合體系的熱失重分析

圖12是改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料在氮?dú)夥諊?，升溫速率?0 ℃/min的TG曲線；表2為改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC 復(fù)合材料分別失重5 %、失重50 %、失重速率最大處的熱分解溫度以及固體殘余量.

圖12 改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料的TG曲線

m?kaolin用量/份t5%/℃t50%/℃tmax/℃質(zhì)量殘留率/%0270 8343 1302 615 744271 3348 4301 218 858273 0352 6302 520 3912273 4361 0303 421 9916274 7378 0304 523 62

由圖12和表2可以看出:隨著改性高嶺土復(fù)合粒子用量的增加，U-PVC復(fù)合體系的耐熱性能也逐步提高.這可能是由兩方面的原因造成的：一是由于高嶺土特殊的片層結(jié)構(gòu)，加入到U-PVC復(fù)合體系中之后，可以阻礙外部熱量向U-PVC分子鏈的傳導(dǎo)，從而造成U-PVC復(fù)合體系的初始分解溫度、失重50 %的溫度和最大失重速率時(shí)的溫度均有所提高，這一點(diǎn)可以從表2看出；二是U-PVC材料在降解初期，會(huì)產(chǎn)生Cl的自由基，這些Cl自由基具有催化降解U-PVC分子鏈的作用，而改性高嶺土復(fù)合粒子的加入有可能會(huì)吸附一定的Cl自由基和HCl，從而提高U-PVC復(fù)合體系的初始分解溫度.

3 結(jié) 論

(1) 通過(guò)乳液法制備了甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯改性的高嶺土復(fù)合粒子，甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和高嶺土的表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，使其表面由親水性變?yōu)橛H油性.

(2) 改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料的抗沖擊性能在23 ℃時(shí)最好，0 ℃時(shí)次之，-15 ℃時(shí)最小，當(dāng)改性高嶺土的用量為8份時(shí)對(duì)U-PVC復(fù)合體系低溫增韌的效果最佳.

(3) 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試表明在玻璃化溫度以下，改性高嶺土復(fù)合粒子填充U-PVC復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量高于沒(méi)加改性高嶺土復(fù)合粒子的，且隨著改性高嶺土復(fù)合粒子份數(shù)的增加而增大，改性高嶺土復(fù)合粒子加入使U-PVC復(fù)合體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tanδ的峰值)較純樣U-PVC向高溫方向偏移.

(4) 掃描電鏡照片表明當(dāng)改性高嶺土復(fù)合粒子的用量為8份時(shí)，其在U-PVC基體中分散最為均勻，幾乎沒(méi)有出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象，表明適量的改性高嶺土復(fù)合粒子可有效改善U-PVC基體和填料間的界面親和性.

(5) 改性高嶺土復(fù)合粒子的加入并未改變U-PVC復(fù)合材料剪切變稀的黏彈特性，但隨著改性高嶺土復(fù)合粒子用量的增加U-PVC復(fù)合體系的加工流動(dòng)性有所變差.

(6) 改性高嶺土復(fù)合粒子的加入能夠提高U-PVC復(fù)合材料的的維卡軟化點(diǎn)，還在一定程度上提高了U-PVC復(fù)合材料失重5 %的分解溫度、失重50 %的分解溫度.

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Modified Kaolin Hybrid Particle Prepared by Emulsion Polymerization and Its Application in U-PVC Composite

GUO Feng， HE Hui， JIA De-min

(South China University of Technology， Guangzhou 510640， China)

Kaolin was graft-modified by MMA and BA using emulsion polymerization method,then blended the composite particles with PVC matrix.The effect of the content of modified kaolin composite particles on the mechanical properties and rheological properties and thermal performances of PVC composites were investigated.The modification results were characterized by contact angle,sediment volume,FT-IR and TG.The experimental results showed that the modulus and heat-resisting abilities of PVC composite were dramatically improved when modified kaolin hybrid particles were added into the PVC matrix.The right amount of modified kaolin can effectively improve the interfacial compatibility between the filler and PVC matrix.

modified kaolin hybrid particles； U-PVC； hydrophobic property； rheological property； thermal stability

2014-05-09

國(guó)家自然科學(xué)基金(U1134005/L04);廣州市科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2013Y2-00110)

郭峰(1988-)，男，湖北黃岡人，碩士研究生在讀，主要從事高分子材料的改性及成型加工研究.

何慧(1968-)，女，四川南充人，教授，博士，主要從事高分子材料的改性及成型加工研究.

2095-2198(2015)04-0297-09

10.3969/j.issn.2095-2198.2015.04.003

TQ325.3

A