[发明专利]氨基硅烷偶联剂改性的粉体填料表面改性效果的预评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种预评价填料表面改性处理效果的方法，适用于预评价采用氨基硅烷类偶联剂进行表面改性的粉体填料。

背景技术

粉体填料在塑料、橡胶、涂料、复合材料等领域广泛应用。由于粉体填料与有机聚合物的界面性质不同，其相容性差，一般需要对填料进行表面改性处理，以增强其与聚合物的相容性，提高其分散性，从而提高材料的力学性能及综合性能。

粉体填料改性，主要通过化学改性剂在粉体填料表面吸附、包覆、化学反应等方式实现。偶联剂因其在粉体填料高聚物基体材料界面上起分子桥偶联作用，能将界面性质不同的材料通过化学键、物理吸附结合在一起，在粉体填料表面改性处理领域得到广泛应用。其中，氨基硅烷类偶联剂使用最为普遍。

偶联剂是一类具有两个不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。但有了偶联剂并不一定能成功应用，因为无机填料的表面经常是亲水性，它与油性聚合物无亲和性，有些聚合物中添加了填充剂后，有些性能有改善，有些性能则降低。因此必须视具体用途选择填充剂，并通过表面处理来改善填充剂与聚合物的亲和性，大幅度的提高聚合物材料的物化性能。

采用偶联剂处理无机填料表面是目前应用最广泛的一种方法。偶联剂的种类发展到现在已经有了很多比如：硅烷类类、钛酸酯类、磷酸酯类、铝酸酯类、硼酸酯类、铝钛复合类等等。应用偶联剂不仅可以改善无机填料与聚合物之间的亲和性，降低其表面张力，促进良好的湿润和包覆作用，而且在界面上建立化学键合结构，从而形成最牢固和稳定的复合体系，因此无机填料表面处理的效果是由提高与聚合物之间的黏结强度和形成特殊的界面层等各种因素复杂的组合而体现出来的。

如钱海燕等人在（钱海燕，叶旭初，张少明，非金属矿粉体改性及其效果评价，非金属矿，2001，24（2）：10~12）中所述，目前对粉体填料表面改性处理效果的评价主要有两类。

一类方法是应用结果评价方法：依据应用添加改性后的粉体填料的制成品的力学性能及综合性能，来评价该种表面改性的效果。该种应用结果评价方法为目前业界最常用的方法，虽然结果准确可靠，但该检测方法耗费的成品材料，检测周期长，属于事后的结果反馈，不能满足大批量生产时对粉体填料使用前监控的需要。

另一类是预先评价方法：对改性后的粉体填料的表面特性进行测量，来评价表面改性的效果。目前，对粉体填料表面改性处理效果评价的方法有：

1、指标评价法：

指标评价法主要应用在对浸润性方面进行评价。

浸润性：

浸润性是粉体填料与聚合物相容性的重要特性，对于浸润性的预评价，通常采用“接触角”、“渗透时间”、“吸油值”、“活化指数”等指标进行评价。

接触角：

改性粉体填料在非极性液体中的接触角越小，其粉体的表面疏水性越强，其改性效果越好。因此，比较接触角的变化，可以对粉体填料的改性效果做出评价。但是，接触角的测试方法十分复杂，耗时费力；而且其测试仪器价格昂贵，测试成本费用非常高，不利于广泛使用。

渗透时间：

将粉体填料装满小口容器，振实压平后，将浸润液滴在粉体填料表面，记录浸润液完全渗透到粉体填料中所需时间。该方法简单快捷，但其分辨力较低，某些粉体填料的渗透时间相差不大时，但其在聚合物基体中相容性、分散性，以及对聚合物的力学性能的改善程度相差较大。

渗透时间表征方法主要是基于界面浸润理论。依此理论，以滴水滴在改性粉体填料表面上形成的接触角的情况来判断改性粉体填料的浸润性，即亲水疏油或者亲油疏水性。经分析得出接触角与渗透时间成正比关系，因此，可以用接触角和渗透时间来表征改性效果。此方法可间接表征改性粉体填料在聚合物基复合材料中的应用效果。

吸油值或吸油率：

测定粉体填料表面的药剂吸附量，取决于加入药剂与粉体填料的化学键合作用的强弱，因此，可以使用吸油值来评价其改性效果。该方法操作较为简单，也已在行业内广泛使用，但测试结果受人工操作、和人员终点判断的影响较大。同时，其分辨力较低，不满足大批量生产时对粉体填料表面改性的效果评价的需要。

活化指数或活化率：