中國粉體網(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，成為家電和機械制造零部件，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，制約了其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，通常需要添加功能性補強材料增強應(yīng)用性能。
滑石粉作為無機粒子的典型代表，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，兩者共混時界面不相容現(xiàn)象會妨礙聚丙烯對滑石粉顆粒的浸潤和包覆；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，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，需要對滑石粉進(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。可以通過降低顆粒彼此之間的相互作用來抑制團(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性的下降問題。
2、滑石粉改性聚丙烯研究進(jìn)展
（1）增韌增強聚丙烯
孟鑫采用偶聯(lián)劑對滑石粉進(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）對成核劑/滑石粉增強聚丙烯體系力學(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1%的偶聯(lián)劑OTES對滑石粉表面進(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。此時復(fù)合聚丙烯體系的彎曲模量、彎曲強度、拉伸強度、沖擊強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復(fù)合材料力學(xué)和加工性能影響的機理。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增強，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、碳酸鈣三種無機填料對聚丙烯（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材料的彎曲強度均呈上升趨勢，沖擊強度均呈下降趨勢；滑石粉添加量對PP材料的拉伸性能影響不大，15份、25份以及35份時拉伸強度保持在95%以上，碳酸鈣和微粉對PP材料的拉伸性能影響情況大致趨同，當(dāng)添加量超過35份時，PP材料的拉伸強度下降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PP/滑石粉共混物力學(xué)性能、熔體流動速率、氣味和揮發(fā)性有機物（VOC）揮發(fā)量的影響。實驗結(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)性有機物（TVOC）降低；而吸附劑和萃取劑含量對力學(xué)性能幾乎沒有影響，對熔體流動速率略有影響。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，共混物的氣味強度和舒適度可分別達(dá)到2.5級和0級，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，且拉伸強度增加，彎曲強度增加，沖擊強度降低。
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PP材料光澤度影響不大；滑石粉的含量對不同種類PP光澤度的降低順序為均聚PP>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)泡過程中，通常加入無機或者有機微粒作為成核劑，誘發(fā)異相成核，增加泡孔成核密度�；圩鳛闊o機粉體能夠增加異相成核點，李浩等對微孔發(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，但沖擊強度更低。
（4）阻燃聚丙烯
楊友強等研究表明，滑石粉和納米有機蒙脫土（OM-MT）對于十溴二苯乙烷（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，且延燃不滅。
編者按——無機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下，功能化的粉體材料和改性增強塑料依然擁有旺盛的生命力和巨大的市場。2023年11月，英格瓷看好中國汽車市場，把握輕量化趨勢，斥巨資投建特殊形貌滑石粉生產(chǎn)基地，這一布局無疑是領(lǐng)先的。
目前，塑料填充改性用無機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，以及改性機理的研究，達(dá)到協(xié)同改性和高效改性的效果，這也將有效彌補國內(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，等：滑石粉和有機蒙脫土對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實驗室
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
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/昧光)
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