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福利3d彩票走势图:偶聯劑改性重鈣填充ABS的性能研究

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-05-24  瀏覽次數:191
核心提示:采用鈦酸酯偶聯劑GR-201對超細碳酸鈣(GY-616)進行表面改性,改性后的碳酸鈣與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)制備出ABS/CaCO3復合材料,研究了偶聯劑添加量和改性時間對CaCO3吸油值和接觸角的影響。
偶聯劑改性重鈣填充ABS的性能研究
 
鄒檢生1 李永安1 彭鶴松1 宋世坤1
(1.江西廣源化工有限責任公司,江西吉安,331500)

 
摘要:采用鈦酸酯偶聯劑GR-201對超細碳酸鈣(GY-616)進行表面改性,改性后的碳酸鈣與丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)制備出ABS/CaCO3復合材料,研究了偶聯劑添加量和改性時間對CaCO3吸油值和接觸角的影響,測試了復合材料的力學性能和MFR(熔融指數),并用SEM觀測了CaCO3粒子在ABS中的分散性。結果表明:經偶聯劑處理后,CaCO3吸油值降低,接觸角增加;ABS/CaCO3復合材料力學性能提高,加工流動性增加;CaCO3粒子在ABS中的分散性提高。偶聯劑添加量為1.5%,改性時間30min,改性效果最佳,復合材料力學性能最佳,加工流動性最好;CaCO3粒子在ABS中的分散性最好。

關鍵詞:偶聯劑,重鈣,ABS,力學性能,分散性


0 引言

       ABS樹脂具有諸多優異特點,廣泛應用于機械、汽車、家電等領域。但由于其實際應用的要求不同,需要對ABS樹脂進行各種改性,使其達到實際使用要求【1-2】。無機非金屬填料進行表面改性處理后,應用于ABS樹脂中不僅可降低成本,還能實現性能的提升【3-5】。
由于CaCO3價格低廉,白度好,化學性質穩定,常用于ABS的填充改性。國內大部分學者采用納米CaCO3填充改性ABS樹脂,獲得了優異的性能【6-7】。但少見采用重質CaCO3填充ABS的研究,本實驗采用超細重質CaCO3填充改性ABS,并對CaCO3粉體改性工藝進行了探討,詳細分析了制備的ABS/CaCO3復合材料的拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度和MFR的變化,并采用SEM觀測了ABS/CaCO3復合材料的沖擊斷裂面形貌。

1. 實驗部分

1.1 原材料

          ABS,PA-757,奇美寶業股份有限公司;超細CaCO3,GY-616,D50 3.35μm,D97 5.94μm,江西廣源化工有限責任公司;偶聯劑,異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)鈦酸酯,牌號:GR-201,市售。

1.2 儀器設備

       接觸角測定儀:HARKE-SPCAXZ,北京哈科試驗儀器廠;雙螺桿擠出機組:SHJ-36型,L/D=50,D=35.5mm,南京杰恩特機電有限公司;注塑機:ZX-80型,震雄集團公司;萬能力學性能實驗機:CMT6104型,美斯特工業系統(中國)有限公司;沖擊試驗機:ZBC1400-B型,美斯特工業系統(中國)有限公司;MFR儀:ZRZ1452型,美斯特工業系統(中國)有限公司;高速混合機:GRH-100D,阜新鑫克機械制造有限公司;場發射掃描電子顯微鏡(SEM):SU8010型,日立(中國)有限公司。

1.3 試樣制備

1.3.1改性粉體的制備

       稱取50KgCaCO3加入到高速混合機中攪拌10min去除水分,溫度120-130℃,攪拌速度250r/min;去除水分后從改性劑加料口采用塑料滴管滴加偶聯劑GR-201,偶聯劑的添加量為CaCO3質量的1%-2%;完全滴加完偶聯劑后再攪拌一定時間,低速攪拌冷卻后出料。對改性后的粉體進行吸油值和潤濕接觸角的測定。

1.3.2ABS/CaCO3復合材料的制備

      按ABS:CaCO3質量份數10:1稱取一定質量的原料添加到高速混合機中,攪拌10min,冷卻出料;再將混合好的原料加入到雙螺桿擠出機中擠出造粒,加工溫度設為180-200℃,擠出后的粒子經烘干后進行熔體流動速率測試,另將部分粒子烘干后注塑成標準樣條進行力學性能測試。

1.4 性能測試

       吸油值測試:按GB/T19281規定方法測試,整個過程要求在5min內完成;潤濕接觸角測試:取改性后CaCO3壓片,采用接觸角測定儀測試其接觸角,潤濕介質為水;拉伸性能測試:按GB/T1040-2006測試;彎曲性能測試:按GB/T9341-2008測試;簡支梁缺口沖擊性能測試:按GB/T1043.1-2008測試,采用2 J的沖錘,跨度 40 mm;MFR測試:按GB/T3682-2000測試,溫度為230℃,壓力為5kg;斷裂面形貌:樣條經液氮淬斷后噴金,采用SEM觀察斷面形貌并拍照。

2.結果與討論

2.1 偶聯劑添加量對吸油值和接觸角的影響

       吸油值是評價重質CaCO3改性效果的一個重要指標,吸油值越低,表面改性效果越好【8-9】。接觸角代表著液體對粉體的潤濕性,接觸角越大,改性效果越好【10-11】??刂聘男允奔?0min,分別添加1%、1.5%、2%偶聯劑,其吸油值和接觸角的結果如圖1所示。

福彩20选5彩票走势图百度 www.wjtbg.icu 圖片1

                                                                                     圖1 偶聯劑添加量對吸油值和接觸角的影響

         從圖1的結果可以看出,采用偶聯劑GR-201對GY-616進行表面改性后,隨著偶聯劑用量的增加,吸油值逐漸降低;當偶聯劑的添加量達到1.5%時,吸油值達到最小值,繼續增加改性劑的用量,吸油值并未繼續降低。隨著偶聯劑用量的增加,接觸角先快速上升后略有下降,當偶聯劑添加量為1.5%時,改性后碳酸鈣的接觸角達到最大值。與未改性的GY-616相比,采用1.5%偶聯劑改性后,粉體的吸油值從26mL/100g下降到18mL/100g,接觸角從0°增加到121°,說明偶聯劑對CaCO3表面進行了良好包覆,增強了CaCO3粒子的疏水性。由此可見,采用GR-201改性GY-616,偶聯劑添加量為1.5%時,改性效果最佳。原因是鈦酸酯偶聯劑GR201通過化學鍵偶聯在碳酸鈣表面,形成了包覆層;隨著GR201用量的增加,形成的包覆層對碳酸鈣顆粒的包覆完善程度就越高,因此,碳酸鈣的吸油量下降,表面接觸角增加;當偶聯劑的添加量為1.5%時,顆粒表面的包覆達到飽和狀態,繼續添加偶聯劑,對顆粒的吸油量不再產生影響;然而,繼續增加偶聯劑,多余的偶聯劑中的非極性基團與顆粒表面的非極性基團相互纏繞,極性基團則向外排列,從而導致接觸角下降。

2.2 改性時間對吸油值和接觸角的影響

控制偶聯劑添加量為1.5%,改性時間分別為10min、20min、30min、40min、50min,其吸油值和接觸角的結果如圖2所示。
圖片2

                                                                                         圖2 改性時間對吸油值和接觸角的影響

       從圖2的結果可以看出,隨著改性時間的增加,采用偶聯劑GR-201處理后的GY-616吸油值逐漸降低;當改性時間達到30min時,吸油值變化趨于平緩,雖然繼續增加時間吸油值略有下降。隨著改性時間的增加,接觸角先上升后下降,在改性時間為30min時接觸角最大。綜合考慮生產成本,改性時間為30min時,GR-201改性GY-616的效果最佳。原因是隨著混合時間的增加,偶聯劑與顆粒表面反應更為完全,包覆更為均勻,但是時間太長,機械力會導致偶聯劑分子破壞,反而損害包覆完整性,導致接觸角下降。

2.3偶聯劑添加量對復合材料性能的影響

       控制改性時間30min和添加量為10份的情況下,分別選取添加1%、1.5%、2%偶聯劑的改性GY-616填充改性ABS,ABS/CaCO3復合材料的力學性能和流動性能如圖3所示。
圖片3 圖片3.1
                                                                                        圖3 偶聯劑添加量對復合材料性能的影響

         圖3(a)是偶聯劑添加量對ABS/CaCO3復合材料的拉伸強度和彎曲強度的影響,圖3(b)是偶聯劑添加量對ABS/CaCO3復合材料的沖擊強度和MFR的影響。從圖3(a)可以看出,隨著偶聯劑添加量的增加,復合材料的拉伸強度和彎曲強度先上升后下降,在偶聯劑用量為1.5%時,拉伸強度和彎曲強度達到最大;同時與未改性CaCO3制備的復合材料相比,經過偶聯劑處理后,其拉伸強度和彎曲強度得到了提升。從圖3(b)可以看出,隨著偶聯劑添加量的增加,復合材料的沖擊強度和MFR先上升后下降,在偶聯劑用量為1.5%時,沖擊強度和MFR達到最大;同時與未改性CaCO3制備的復合材料相比,經過偶聯劑處理后,其沖擊強度和MFR得到了提升。由此可見,偶聯劑添加為1.5%時,顆粒表面形成了較為完善的包覆層,該包覆層與顆粒和ABS都有較好的粘結作用,從而增強顆粒與ABS之間的粘結,提高復合材料的力學性能,因此,此時ABS/CaCO3復合材料的力學性能最佳,加工流動性最好,這與吸油量和表面接觸角的分析結果一致。


2.4改性時間對復合材料性能的影響

       選取偶聯劑添加量為1.5%和添加量為10份的情況下,改性時間分別為10min、20min、30min、40min、50min,制備的ABS/CaCO3復合材料的力學性能和流動性能如圖4所示。
圖片4
圖片4.1
圖4改性時間對復合材料性能的影響
 
        圖4(a)是改性時間對ABS/CaCO3復合材料的拉伸強度和彎曲強度的影響,圖3(b)是改性時間對ABS/CaCO3復合材料的沖擊強度和MFR的影響。從圖3(a)可以看出,隨著改性時間的增加,復合材料的拉伸強度和彎曲強度呈現先上升后下降的變化趨勢,當改性時間為30min時,拉伸強度和彎曲強度達到最大;同時與未改性CaCO3制備的復合材料相比,經過偶聯劑處理后,其拉伸強度和彎曲強度得到了提升。從圖3(b)可以看出,隨著改性時間的增加,復合材料的沖擊強度和MFR先上升后下降,當改性時間為30min時,沖擊強度和MFR達到最大;同時與未改性CaCO3制備的復合材料相比,經過偶聯劑處理后,其沖擊強度和MFR得到了提升。由此可見,隨著混合時間的增加,偶聯劑與顆粒表面反應更為完全,包覆更為均勻,與基材的粘結作用也更強,但是時間太長,機械力會導致偶聯劑分子破壞,從而導致改性后的顆粒與基材之間的粘結作用變弱,復合材料的力學性能下降,因此,改性時間為30min時,ABS/CaCO3復合材料的力學性能最佳,加工流動性最好。

2.5復合材料斷裂面形貌分析


                                                                            圖5復合材料沖擊斷裂面SEM圖


       為了探討改性CaCO3對ABS的增強作用,研究不同改性工藝CaCO3在ABS中的分散性,采用SEM對沖擊樣條的斷裂面進行觀測,結果如圖5所示,放大倍數為1000倍。從圖5(a)可以看出,采用未改性CaCO3與ABS制備復合材料,沖擊斷裂面上存在著較多大的顆粒,并且顆粒與孔洞之間的粘結不強,說明未改性CaCO3粒子存在著一定團聚,分散性欠佳。從圖5(b)(c)(d)可以看出,在改性時間為30min,偶聯劑添加量分別為1%、1.5%、2%時,(b)、(c)和(d)圖中的孔洞和顆粒,但相對于(a)圖,其顆粒要小,分散性和粘結性都要好;其中,(c)圖粒子分布均勻連續,顆粒較小,分散性最佳。從圖5(e)(f)(c)(g)(h)可以看出,偶聯劑添加量為1.5%,改性時間分別為10min、20min、30min、40min、50min時,圖(e)(f)(g)(h)都存在著一定的孔洞和顆粒,但相對于(a)圖,其顆粒要小,分散性要好;(c)圖粒子分布均勻連續,顆粒較小,分散性最佳。由此可見,經過偶聯劑處理后,CaCO3粒子在ABS中的分散性有所改善;在偶聯劑添加為1.5%,改性時間30min時,CaCO3粒子在ABS中的分散性最好,這與之前的分析結果一致。

3 結論

采用鈦酸酯偶聯劑GR-201改性重鈣(GY-616)填充ABS樹脂,結果表明:

1)經過偶聯劑處理后,CaCO3吸油值降低,接觸角增加。偶聯劑添加量為1.5%,改性時間30min,改性效果最佳。

2)經過偶聯劑處理后,ABS/CaCO3復合材料力學性能提高,加工流動性增加。偶聯劑添加量為1.5%,改性時間30min,ABS/CaCO3復合材料的力學性能最佳,加工流動性最好。

3)經過偶聯劑處理后,CaCO3粒子在ABS中的分散性有所提高;在偶聯劑添加量為1.5%,改性時間30min時,CaCO3粒子在ABS中的分散性最好。

4 參考文獻

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