硅烷偶聯(lián)劑改性高嶺土在復合材料中的應用探討

燕飛

摘 要：硅烷偶聯(lián)劑作為一種改性材料被廣泛運用于復合材料領(lǐng)域。其具有以下特點：種類多，用量少，制作工藝簡單等，并且該類偶聯(lián)劑具有顯著的功能性效果。經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性過的高嶺土作為一種填料深受復合材料領(lǐng)域的青睞。本文通過實驗探究了偶聯(lián)劑對高嶺土的改性過程，將其作為功能性填料進行了相關(guān)的實驗，發(fā)現(xiàn)改性后的高嶺土具有增強、增韌、增塑的效果，可以很好的應用于工程塑料和橡膠等復合材料領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：硅烷偶聯(lián)劑;復合材料;高嶺土

1 前言

隨著復合材料領(lǐng)域的發(fā)展，人們對于復合材料物化性質(zhì)的要求越來越高。復合材料的改性技術(shù)作為優(yōu)化復合材料性質(zhì)的技術(shù)手段發(fā)展迅猛。近幾年，偶聯(lián)劑是作為一種優(yōu)良的改性試劑，在國內(nèi)外應用廣泛，并且具有良好的實用效果。尤其在非金屬礦粉體填料的應用領(lǐng)域，偶聯(lián)劑能夠很好的對復合材料進行改性，具有較高的實用價值[1]。

高嶺土作為一種優(yōu)異的非金屬填料，廣泛的應用于工程塑料和橡膠方面等領(lǐng)域。如果不將高嶺土進行改性，直接加入到橡膠或塑料等復合材料中，會破壞復合材料優(yōu)異的物化性質(zhì)[2]。這是因為橡膠、塑料基體和填料兩相間應力對復合材料的微觀力學性質(zhì)進行了干擾，而這種傳遞產(chǎn)生在兩相的界面上。復合材料性質(zhì)是直接受到兩相界面性質(zhì)所影響的，界面的缺點會嚴重破壞復合材料的實用性。因此想要提高復合材料的強度，就要先從提高界面間的粘結(jié)強度開始。當我們直接將非金屬礦粉作為添加劑進行填料，填料會和主物質(zhì)界面之間產(chǎn)生較強的剪切力，因為填料與基體是屬于兩種完全不同性質(zhì)的材料，它們兩者之間有很大的不相容性，所以嚴重地影響了復合材料的性能，而偶聯(lián)劑的發(fā)明正是為了處理該情況的發(fā)生。偶聯(lián)劑分子具有一個明顯的特點，即一端為親有機物，另一端為親無機物。正是由于該特點，它可以把兩種不同性質(zhì)的物質(zhì)很好的連接在一起，為不同的性質(zhì)的物質(zhì)架起“分子橋”，因此偶聯(lián)劑能夠很好地增強復合材料的粘結(jié)強度和提高它的物理化學性能。

據(jù)了解，國內(nèi)的改性產(chǎn)品和國外的改性產(chǎn)品相比還是具有一定差距的，由于條件限制我國每年都要從英國和美國花重金進口大量的改性高嶺土，在數(shù)量和耗資方面值得我們深思。最早使用偶聯(lián)劑改性高嶺土的是英國的EEC公司，該公司所生產(chǎn)的改性高嶺土具低吸濕性、低磨損性等優(yōu)點。而美國的菲爾利公司研究的高嶺土非常適用于梯度升溫過程中控制高壓力和耐水性等領(lǐng)域。目前，我國在改性高嶺土方面的研究也取得了較好的成就，如兗礦北海高嶺土產(chǎn)品備受用戶青睞。

2 實驗探究

2.1 試劑

兗礦北海高嶺土G-1粉，龍巖煅燒高嶺土、山西恒源煅燒高嶺土、硅烷偶聯(lián)劑KH-570、KH-571，煅燒窯，摩克立氣流粉碎機，鑫華榮HZ-500高速混合機。

2.2 實驗方法

①原料煅燒：原料選用兗礦北海高嶺土G-1，G-2粉3t，通過高溫煅燒后，保溫5 h，得到相應的理化參數(shù)如下（%）：SiO2，52.63;Al2O3，41.35;SO3，0.01;Fe2O3，0.34;白度，94.8;pH = 4.9;-2μm，84.27;+325m，0.015;水分，0.15。

②粉碎過程：選用摩克立氣流粉碎機作為粉碎設(shè)備，

③高嶺土改性實驗：高嶺土改性實驗在鑫華榮HZ-500高速混合機裝置上進行。首先，將硅烷偶聯(lián)劑KH-570、KH-571配成溶液，通過噴霧的方式將該溶液加入到1號和2號產(chǎn)品及煅燒后的高嶺土中，進一步混勻，對產(chǎn)品的活化參數(shù)進行檢測，1號為91%，2號為95%。將樣品洗滌，然后觀察其微觀晶貌，結(jié)果表明晶體的棱角已經(jīng)消失，通過改性實驗可以發(fā)現(xiàn)后改性后的高嶺土晶體被一層霧狀物所包圍，

這正是所用偶聯(lián)劑為晶體之間架起“分子橋”，從而賦予了高嶺土穩(wěn)定的物化性質(zhì)，使其明顯優(yōu)于其他改性的高嶺土產(chǎn)品。

3 應用性能評價

我們將改性后的高嶺土應用于尼龍-66工程塑料中，改性高嶺土產(chǎn)品添加量為30 %（質(zhì)量分數(shù)），通過與進口ECC高嶺土產(chǎn)品以及改性硅灰石應用結(jié)果進行對比，我們可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過改性高嶺土具有明顯優(yōu)于其他產(chǎn)品的性質(zhì)，在實際應用中的效果較好，滿足工業(yè)應用的基本要求。

我們將改性后高嶺土在PADM00材料中應用測試，添加量為50份。可以發(fā)現(xiàn)改性高嶺土的性能與進口的改性土指標基本相似，表明高嶺土經(jīng)過改性后已經(jīng)達到國際商業(yè)水平。

4 結(jié)論

在工業(yè)市場中商業(yè)級硅烷偶聯(lián)劑種類繁多，并且效果理想，制備工藝簡單。在該探究中，我們將硅烷偶聯(lián)劑用于高嶺土的改性，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過改性的高嶺土是一種理想的填料，具有穩(wěn)定的物化性能。為了檢驗其應用價值，我們將改性高嶺土應用于塑料以及橡膠領(lǐng)域，并且取得了良好的實驗效果。綜上可知，硅烷偶聯(lián)劑改性高嶺土可以作為理想的功能性填料進一步的應用于PVC、PC、EPDM、EVA等材料領(lǐng)域。

參考文獻：

[1]陳麗昆.偶聯(lián)劑改性高嶺土的應用研究[Z].蘇州：中國高嶺土公司，2001.

[2]包惠明，張亦敏，呂總威，傅濤，黃顯順.高嶺土改性瀝青混合料路用性能研究[J].新型建筑材料，2018，45（12）： 25-28.