Модификация наполнителей
Возможная классификация взаимодействия полимер – наполнитель выглядит следующим образом:
1 – простая механическая смесь наполнителя с неполярным полимером. При этом происходит простое разбавление и снижение прочности композита;
2 – механическая смесь наполнителя с полярным полимером. В этом случае смачивание поверхности наполнителя полимером улучшает взаимодействие и, соответственно, свойства полимерной композиции;
3 – возникновение физических межмолекулярных связей. Физический контакт фаз дает еще больший эффект по сравнению с предыдущими случаями;
4 – образование химических связей на границе фаз. Химические связи обеспечивают идеальные механические свойства композиции.
Теоретические положения не всегда подтверждают приведенную классификацию, однако, большая экспериментальная работа проведенная с наполненными полимерами подтверждает, что хороший контакт наполнителя с полимером всегда является фактором, способствующим улучшению свойств получаемого изделия. Влага существенным образом влияет на величину смачивания наполнителя связующим, увеличивая угол смачивания и уменьшая совместимость компонентов. Обработка наполнителей силанами и другими совмещающими компонентами позволяет снизить угол смачивания. В России данная операция называется аппретированием, а вещества аппретами.
Для полимерных композиций ПВХ - мел традиционными аппретами являются жирные кислоты и их соли добавленные в количестве 0,5 – 2,0 %. С этой же целью в ПВХ композиции вводят воск и низкомолекулярные полиолефины.
Для композиций типа полипропилен – слюда вводят хлорированные парафины. Однако наиболее универсальными и эффективными являются органосиланы и органические титанаты.
Органосиланы:
Обеспечивают совместимость с полимером (RC – Si - ) и прочную химическую связь с неорганической поверхностью. В США в 1943 г. была создана фирма «Dow Corning Corp» для разработки и производства органосилоксанов, остающейся ведущей в этой области и по настоящее время. Открытие хлороплатиновой кислоты – катализатора образования связей С – Si позволило отказаться от перекисей и высокотемпературного синтеза, применявшегося ранее. Создание водорастворимых винилалкоксисиланов позволило резко упростить технологию обработки наполнителей.
Винилсиланы были созданы в 1957 году фирмой «Union Carbide» . В настоящее время в мире производится свыше 100 марок органосиланов, включая эпокси-, метакриловые, стирольные, катионные, винилбензиловые. При взаимодействии силанов с наполнителями, содержащими на поверхности ОН группы (стекло, минеральные наполнители, металлы) образуются прочные ковалентные связи.
Органические группы органосилана могут взаимодействовать с матрицей, образуя привитые сополимеры или взаимопроникающие сетки.
Результаты влияния органосиланов на механические свойства композиции ПЭВП + каолин (20 % об) приведены в таблице.
Влияние органосиланов на прочностные характеристики композиции ПЭНП – каолин (20 % об).
| Аппрет | Механизм действия |  МПа
|  , МПа
|
| - | - | 19,0 | 36,9 |
| Винилсилан | Прививка к матрице | 20,0 | 37,9 |
| Метакрилатсилан | Взаимопроникающая сетка | 23,8 | 48,3 |
| Аминопропилсилан | То же | 22,1 | 40,7 |
В начале органосиланы вводили в виде растворов в органических растворителях, затем в виде водных растворов, а в последние годы стало возможным вводить порошкообразные органосиланы в сухие смеси до экструзии. Органотитанаты разработаны фирмой «Du Pont». Они улучшают диспергируемость, снижают вязкость расплава композиции, улучшают смачивание, повышают гидрофобность. Тетраизопропилтитан первоначально использовали как катализатор этерификации и переэтерификации, для сшивания полиуретанов, эпоксидов, фенольных смол и силиконовых каучуков. Обработка органосиланами минеральных наполнителей дает хороший технологический эффект. По сравнению с органосиланами органические титанаты обладают большей термостабильностью и стойкостью.
Улучшение прочностных показателей отмечено для АБС – пластика, наполненного тальком и углеродным волокном; ацетальных смол, наполненных углеродным волокном и тефлоном; поликарбоната и полипропилена, наполненного слюдой, тальком; полибутилентерефталата, наполненного слюдой; термопластичного полиуретана, наполненного слюдой. В таблице приведено влияние на рецептуру ПП – графит (25 %).
Влияние органотитаната на прочностные и технические характеристики композиции ПП – графит (25 %)
| Аппрет | МПа
| eот, % | Ударная вязкость, КДж/м | ПТР |
| - | 0,1 | 0,05 | ||
| Фосфатоорганотитанат (0,3 %) | 0,4 | 0,20 | ||
| Винилсилан (0,3 %) | 0,1 | 0,05 |
Многократно обсуждался вопрос об природе оптимума концентрации аппрета – около 0,3 – 0,5 % от массы наполнителя. Это количество примерно соответствует образованию монослоя при взаимодействии с гидроксильными группами.
Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 3561;