中國(guó)粉體網(wǎng)訊 聚丙烯（PP）具有密度低、力學(xué)性能好、易加工成型、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良等特點(diǎn)，成為家電和機(jī)械制造零部件，建筑及農(nóng)業(yè)管材、板材、膜材，汽車內(nèi)/外飾以及眾多制造業(yè)的主要材料之一；但PP具有成型收縮率較高、耐低溫性及韌性較差等缺點(diǎn)，制約了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，通常需要添加功能性補(bǔ)強(qiáng)材料增強(qiáng)應(yīng)用性能。
滑石粉作為無(wú)機(jī)粒子的典型代表，是具有片層狀結(jié)構(gòu)的材料，作為聚丙烯的填充改性劑已經(jīng)獲得了非常廣泛的應(yīng)用。
1、表面改性技術(shù)助力滑石粉填充聚丙烯材料
滑石粉表面能較高，在高添加量下容易發(fā)生粒子團(tuán)聚現(xiàn)象，并由于其表面呈現(xiàn)親水性，聚丙烯基體表面呈現(xiàn)親油性，兩者共混時(shí)界面不相容現(xiàn)象會(huì)妨礙聚丙烯對(duì)滑石粉顆粒的浸潤(rùn)和包覆；且滑石粉粒子與聚丙烯的熱膨脹系數(shù)不一樣，二者相差較大，當(dāng)外界溫度變化較大時(shí)，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而誘發(fā)材料內(nèi)部的疲勞破壞。因此，采用滑石粉協(xié)調(diào)成核劑填充改性聚丙烯時(shí)，需要對(duì)滑石粉進(jìn)行表面改性以提高其與聚合物的相容性。
研究表明，采用偶聯(lián)劑對(duì)滑石粉進(jìn)行表面處理，是降低表面極性，促進(jìn)其在聚丙烯當(dāng)中有效分散，提高與聚丙烯的相容性的有效方法�？梢酝ㄟ^(guò)降低顆粒彼此之間的相互作用來(lái)抑制團(tuán)聚，提高分散性，也可以避免由于滑石粉的高粘度、高表面能而導(dǎo)致界面不相容，以及因此引起聚丙烯流動(dòng)性的下降問(wèn)題。
2、滑石粉改性聚丙烯研究進(jìn)展
（1）增韌增強(qiáng)聚丙烯
孟鑫采用偶聯(lián)劑對(duì)滑石粉進(jìn)行表面改性，研究了γ―氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）和正辛基三乙氧基硅烷（OTES）對(duì)成核劑/滑石粉增強(qiáng)聚丙烯體系力學(xué)性能和耐熱性能的影響。發(fā)現(xiàn)采用預(yù)處理的方式，通過(guò)1%的偶聯(lián)劑OTES對(duì)滑石粉表面進(jìn)行改性，可以提高其與0.2%的成核劑在聚丙烯當(dāng)中協(xié)同增剛作用。此時(shí)復(fù)合聚丙烯體系的彎曲模量、彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和熱變形溫度分別達(dá)到2450MPa、57.9MPa、39.6MPa、56.5J/m和121.5℃，較空白聚丙烯分別提高了70%、34%、10%、49%和36%。
谷博等測(cè)試了滑石粉的粒徑以及復(fù)合材料的力學(xué)性能和加工性能，探討了滑石粉粒徑對(duì)復(fù)合材料力學(xué)和加工性能影響的機(jī)理。結(jié)果表明，相同條件下，滑石粉碎的越細(xì)，粒徑越小，滑石粉/聚丙烯復(fù)合材料的剛性和韌性同時(shí)增強(qiáng)，收縮率減小，熔融指數(shù)減小。
雷祖碧等比較了新型微粉、滑石粉、碳酸鈣三種無(wú)機(jī)填料對(duì)聚丙烯（PP）力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著填料填充量的增加，PP材料的彎曲強(qiáng)度均呈上升趨勢(shì)，沖擊強(qiáng)度均呈下降趨勢(shì)；滑石粉添加量對(duì)PP材料的拉伸性能影響不大，15份、25份以及35份時(shí)拉伸強(qiáng)度保持在95%以上，碳酸鈣和微粉對(duì)PP材料的拉伸性能影響情況大致趨同，當(dāng)添加量超過(guò)35份時(shí)，PP材料的拉伸強(qiáng)度下降24%。
（2）低氣味、低光澤、低VOC聚丙烯
劉小林采用熔融共混法制備聚丙烯（PP）/滑石粉共混物，考察了滑石粉、吸附劑和萃取劑對(duì)PP/滑石粉共混物力學(xué)性能、熔體流動(dòng)速率、氣味和揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）揮發(fā)量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著滑石粉、吸附劑和萃取劑含量的增加，PP/滑石粉共混物的氣味和總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOC）降低；而吸附劑和萃取劑含量對(duì)力學(xué)性能幾乎沒(méi)有影響，對(duì)熔體流動(dòng)速率略有影響。在滑石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的PP/滑石粉共混物中，當(dāng)吸附劑和萃取劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%，1.0%時(shí)，共混物的氣味強(qiáng)度和舒適度可分別達(dá)到2.5級(jí)和0級(jí)，TVOC揮發(fā)量較擠出后的純PP下降51%。
王偉其等研究了聚丙烯（PP）的結(jié)晶度、滑石粉目數(shù)及份數(shù)、聚烯烴彈性體（POE）的種類與份數(shù)對(duì)PP復(fù)合材料光澤度及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：隨著滑石粉添加份數(shù)的增加，材料的光澤度呈下降趨勢(shì)，且拉伸強(qiáng)度增加，彎曲強(qiáng)度增加，沖擊強(qiáng)度降低。
賀麗麗等研究表明，隨著滑石粉含量的增加，聚丙烯（PP）材料光澤度降低，但是滑石粉目數(shù)對(duì)PP材料光澤度影響不大；滑石粉的含量對(duì)不同種類PP光澤度的降低順序?yàn)榫跴P>高結(jié)晶PP>共聚PP。
（3）微孔發(fā)泡聚丙烯
微孔發(fā)泡木塑復(fù)合材料在微孔發(fā)泡過(guò)程中，通常加入無(wú)機(jī)或者有機(jī)微粒作為成核劑，誘發(fā)異相成核，增加泡孔成核密度�；圩鳛闊o(wú)機(jī)粉體能夠增加異相成核點(diǎn)，李浩等對(duì)微孔發(fā)泡木粉/聚丙烯復(fù)合材料的結(jié)晶行為與泡孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)定與分析。結(jié)果表明：滑石粉的添加能夠提高微孔發(fā)泡木粉/聚丙烯復(fù)合材料的結(jié)晶溫度，誘導(dǎo)產(chǎn)生不完善的α晶型；能夠提高聚合物基體的熔體黏度，減小泡孔尺寸，增加泡孔密度，促使泡孔尺寸分布更均勻。
王琪等選擇三種不同目數(shù)的滑石粉用以考察其對(duì)PP發(fā)泡行為的影響。結(jié)果表明：低目數(shù)的滑石粉存在較多大孔徑泡孔，并有少量破泡和泡孔合并的現(xiàn)象，高目數(shù)的滑石粉相對(duì)較好，3000目和5000目滑石粉的差異并不明顯。
王濱等采用化學(xué)微發(fā)泡法制備了聚丙烯/填充劑微發(fā)泡材料，并研究了發(fā)泡母粒添加量、滑石粉和碳酸鈣對(duì)聚丙烯微發(fā)泡材料性能、泡孔形態(tài)以及產(chǎn)品表觀質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:相比碳酸鈣填充，滑石粉填充改性的聚丙烯微發(fā)泡材料具有更高的強(qiáng)度和模量，更好的產(chǎn)品外觀質(zhì)量和更高的耐刮擦性，但沖擊強(qiáng)度更低。
（4）阻燃聚丙烯
楊友強(qiáng)等研究表明，滑石粉和納米有機(jī)蒙脫土（OM-MT）對(duì)于十溴二苯乙烷（DBDPE）阻燃PP體系具有顯著的協(xié)效作用，增加滑石粉和DBDPE用量可以有效提高垂直燃燒性能和極限氧指數(shù)水平，添加OMMT可進(jìn)一步提升垂直燃燒性能和氧指數(shù)水平，OMMT還可以顯著降低燃燒過(guò)程的熱/煙釋放速率及總量。
沈旭渠選用自由基體系溴-磷-氮復(fù)配阻燃劑，研究了不同填充物（滑石粉、硫酸鋇、碳酸鈣）對(duì)阻燃聚丙烯（PP）力學(xué)性能和阻燃性能的影響。與未填充阻燃PP相比，加入硫酸鋇或者滑石粉后，阻燃PP的延燃時(shí)間變短，阻燃性能較好；而加入碳酸鈣后，PP的阻燃性能不能滿足UL94V-2級(jí)，且延燃不滅。
編者按——無(wú)機(jī)非金屬粉體材料生命力依然旺盛
在雙碳和汽車輕量化等趨勢(shì)下，功能化的粉體材料和改性增強(qiáng)塑料依然擁有旺盛的生命力和巨大的市場(chǎng)。2023年11月，英格瓷看好中國(guó)汽車市場(chǎng)，把握輕量化趨勢(shì)，斥巨資投建特殊形貌滑石粉生產(chǎn)基地，這一布局無(wú)疑是領(lǐng)先的。
目前，塑料填充改性用無(wú)機(jī)非金屬粉體有很多種，除了滑石粉，碳酸鈣、硫酸鋇、二氧化硅、玻璃纖維、碳纖維等都是常用材料。其中，滑石粉、碳酸鈣等材料塑料改性研究已經(jīng)比較成熟，對(duì)粒徑和改性劑的研究已經(jīng)形成了體系，但在此基礎(chǔ)上應(yīng)用企業(yè)還可以充分發(fā)揮不同粉體材料各自的優(yōu)勢(shì)，以及改性機(jī)理的研究，達(dá)到協(xié)同改性和高效改性的效果，這也將有效彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)外單一粉體材料應(yīng)用性能上存在的差距。
參考文獻(xiàn)
王濱，等：填充劑對(duì)聚丙烯微發(fā)泡材料性能和表觀質(zhì)量的影響，南京聚隆科技股份有限公司
楊友強(qiáng)，等：滑石粉和有機(jī)蒙脫土對(duì)溴系阻燃聚丙烯材料性能影響的研究，金發(fā)科技股份有限公司產(chǎn)品研發(fā)中心
沈旭渠，等：不同填充物改性阻燃聚丙烯的研究，廣東聚石化學(xué)股份有限公司
王琪，等：滑石粉填充聚丙烯材料注塑微發(fā)泡性能，金發(fā)科技股份有限公司
李浩，等：滑石粉對(duì)微孔發(fā)泡木粉/聚丙烯復(fù)合材料結(jié)晶行為及泡孔結(jié)構(gòu)的影響，東北林業(yè)大學(xué)
谷博，超細(xì)滑石粉的粒徑對(duì)滑石粉/聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)及加工性能的影響，遼寧鑫達(dá)滑石集團(tuán)
孟鑫，等：改性滑石粉協(xié)同磷酸酯鈉鹽調(diào)控制備高剛、耐熱聚丙烯，上海市多相尺度重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
王偉其，等：聚丙烯改性復(fù)合材料的低光澤度研究，上海天原集團(tuán)有限公司
劉小林，等：中煤科工集團(tuán)重慶研究院科聚孚工程塑料有限責(zé)任公司，低氣味、低VOC聚丙烯/滑石粉共混物的研究
雷祖碧，等：填料對(duì)聚丙烯力學(xué)性能的影響，廣州合成材料研究院有限公司
(中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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