高岭土活化改性及其对丁苯胶的补强作用(精)

1、第 30 卷增刊 非金属矿 Vol.30 Sp. Issue2007年 9 月 Non-Metallic Mines Sep, 2007高岭土活化改性及其对丁苯胶的补强作用刘钦甫 张 乾 范雪辉 李东勇 陈汉周(中国矿业大学资源与安全工程学院，北京100083)用硅烷偶联剂对高岭土进行表面改性。采用沉降体积对活化改性效果进行初始评价，并将其对丁苯橡胶摘 要 采用预先活化的方法，的补强效果与采用白炭黑的进行对比，结果发现其各项力学性能均超过或接近白炭黑的补强效果。关键词 高岭土 表面改性 活化 橡胶 硅烷高岭土是聚合物中常用的无机矿物填料之一，广泛应用于塑料、橡胶、胶黏剂、化纤、油漆、涂料、陶瓷

2、、耐火材料等领域。由于高岭土与高分子聚合物表面性能差异较大，往往因为不能相容而产生相分离，导致高岭土难以在高聚物中均匀分散，从而影响复合材料的整体综合性能。采用脂肪酸盐、硅烷、钛酸酯偶联剂等，对高岭土进行表面改性，可改善其表面的物化性质，增强其与有机高聚物的相容性，提高其分散性，增强填料与聚合物基体的结合强度，从而实现对聚合物的填充补强作用 1 。尤其是在高填充量的情况下，聚合物基体与填料之间的界面过渡层（表面改性层）决定着复合材料的最终性能 2,5 。硅烷与高岭土表面的结合方式有三种：化学键结合，氢键结合和物理包覆。前两种尤其是化学结合，对聚合物有着很好的补强效果，而物理包覆的补强效果甚微

3、3,4 。但由于高岭土表面的反应活性点羟基较少，只占总体表面的 10%左右 6 ，对其表面改性时，只有10%的表面发生化学吸附，其余的即使包覆，也只是物理吸附。这也就意味着在一定环境（如在熔融聚合物）中，大部分包覆于表面的改性剂将解吸。如何使高岭土表面产生更多的反应活性点，至关重要 6 。Braggs 等用等离子体预处理高岭土，增强其表面活性羟基的数量，而后用有机改性剂进行表面处理，取得了很好的改性效果 6 。作者通过实验研究找到一种较简便的方法，用复合活化剂 L-1（无机钠盐）对高岭土进行预活化处理，然后再用硅烷偶联剂（ KH560 ）对高岭土进行表面有机改性。经活化后，高岭土的表面负电位及

4、其在蒸馏水中的分散稳定性都有很大提高。采用沉降体积考察了改性前后高岭土表面性质的变化，并将其对丁苯橡胶的补强效果与白炭黑的进行对比。结果发现：其各项力学性能均超过或接近白炭黑的补强效果。 1 试验部分实验室自制，高岭1.1 原料及试剂 高岭土浆料：土的固含量为 20%左右；丁苯橡胶： 1500，北京橡胶工业研究设计院提供；白炭黑：牌号为 36-5，吉林省通化市双龙化工有限公司产品；硅烷偶联剂（KH560 ）：南京曙光；其它原材料：均为市售品。用氢氧化1.2 实验过程 取一定量的高岭土浆液，钠和硫酸将其 pH 值调整到一定范围（ 610），加热至一定温度，在搅拌下加入活化剂 L-1，反应一定时间

5、，经过滤得到活化高岭土滤饼。将活化后的高岭土配制成浓度为 25%的悬浮液，加入 0.3%的分散剂六偏磷酸钠，然后搅拌，超声分散30min，移入 500ml 的三口烧瓶中，加入1.5%的水解硅烷偶联剂 KH560 ，放在恒温水槽中维持温度80，在中速搅拌下反应45min，然后过滤洗涤分离的固体，再经无水乙醇洗涤三次，在120下干燥 12h，粉碎后即得活化改性高岭土。采用熔融共混法补强丁苯橡胶。基本配方（质量份）：丁苯橡胶1500 100份，硫黄 1.75 份，硬脂酸 1 份，氧化锌 3 份，促进剂 NS 1 份，增强剂（改性高岭土，白炭黑，活化改性高岭土） 50 份。力学性能测试：拉伸强度、定伸

6、应力、扯断伸长率，按GB /T 531-99 进行测试；邵尔 A 型硬度，按 GB /T 528-98 进行测试。 2 结果和讨论2.1 沉降体积 表面改性的目的，主要是改变高岭土表面的极性，使其由亲水性变为疏水性，增强其与非极性聚合物的相容性。有鉴于此，作者采用其在非极性的液体石蜡中的分散稳定性，作为考察改性效果的初始判据。称取 0.6g 改性前后的高岭土，加入到 20ml 液体石蜡中，磁力搅拌 10min，然后用移液管移取 10ml 放入带刻度的柱塞量筒内静置，读取一定时间固体物的体积，即为沉降体积。在相同的实验条件下，沉积物的体积越大，说明改性高岭土在液体石蜡中的分散性和稳定性越好，-

7、6 -第 30 卷增刊 非金属矿 2007 年 9 月改性效果也就越好；反之越差 7 。高岭土 K ，改性高岭土 KM ，活化改性高岭土 KAM10h 后的沉降体积，如图 1 所示。未改性高岭土在液体石蜡中的分散稳定性很差，迅速沉降， 15min 后沉降体积已达 3.6，10h 后沉降体积仅为 2.1；单纯经 KH560 改性后，高岭土在液体石蜡中的分散稳定性得到提高，沉降速度变缓，10h 后的沉降体积为 5.2；经活化改性处理后，活化改性高岭土在液体石蜡中的分散稳定性得到大幅提高， 1h 后还看不出明显的沉降， 10h 后沉降体积为 9.2。由图 1 的柱状图可明显看出，活化改性具有很好的效

8、果。别为 3.56 和 6.22 MPa ，均低于白炭黑的补强效果。而活化改性高岭土补强橡胶的 300%定伸应力和 500%定伸应力，分别达到 4.43 和 7.73MPa,在低伸长率时活化改性高岭土比白炭黑的补强效果好，在高伸长率时比白炭黑的补强效果差些。活化改性高岭土和改性高岭土补强橡胶的硬度值，分别为56 和 55，二者十分接近，但均远低于白炭黑补强橡胶的硬度值 76。活化改性高岭土和改性高岭土补强橡胶的扯断伸长率，分别为 786%和 765%,远高于白炭黑补强橡胶的扯断伸长率740%。这间接说明了活化改性高岭土填充橡胶，在弹性方面具有优良的性能，可见它具有更好的补强效果。 3 结论1.

9、预先活化，显著增强了硅烷偶联剂KH560 对高岭土的改性效果。2.活化改性高岭土对丁苯橡胶具有优良的补强图 1 活化改性高岭土沉降体积柱状图K- 高岭土； KM-KH560 改性高岭土； KAM- 活化改性高岭土效果，各项力学性能超过或接近采用白炭黑时的补强效果。参考文献1 李凯琦 , 刘钦甫 , 许红亮 . 煤系高岭岩及深加工技术M. 北京 : 建材工业出版社，2001: 2142172 Rong M Z. Surface modi? cation of nanoscale ? llers for improving properties of polymer nanocomposites:

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