粉煤灰填充聚丙烯材料性能研究

白新生

（新疆乌鲁木齐石化公司塑料厂，新疆乌鲁木齐 830019）

研究与开发Research and Development

粉煤灰填充聚丙烯材料性能研究

白新生

（新疆乌鲁木齐石化公司塑料厂，新疆乌鲁木齐 830019）

选用合适的偶联剂及其用量对超细粉煤灰（1 200目）进行表面处理，再将处理过的粉煤灰填充到聚丙烯中，进行共混改性，这样不但能节约成本得到性能优异的材料，而且减少了粉煤灰的污染，环保意义重大。

粉煤灰；偶联剂；共混改性；填充

1 前言

粉煤灰作为一种无机填料，不仅能使塑料制品价格大幅降低，而且能够改善塑料制品的性能。以聚乙烯为例：粉煤灰经过处理，在聚乙烯中添加35%，材料的拉伸强度为 30.4MPa，弯曲强度为63.3MPa，马丁耐热温度为76℃，140℃尺寸变化率为1.3%，比重为1.69。所以，粉煤灰作为塑料填料，既有增量作用，又有改性效果。但是由于PP、PE树脂为非极性材料而一般无机填料多为极性物质，当它们分散到树脂中时，会因极性差异而造成两者相容性不好，此外无机填料粒径小，比表面积大，表面能高极易发生团聚而影响其在树脂中的分散，从而给复合材料的加工性能和制品的使用性能带来不良影响。因此选用适宜的偶联剂并确定其用量对无机填料表面进行适当处理，通过化学反应或物理方法，使其表面极性接近所填充的高分子树脂，改善其相容性时是十分必要的。

2 实验部分

2.1 实验流程

超细粉煤灰→加偶联剂活化→加载体→高速搅拌→挤出混炼→切粒→打样条→测试→结果分析

2.2 实验使用主要原材料

聚丙烯粉料 乌鲁木齐石化新峰股份有限公司

NDZ201

NDZ301

超细粉煤灰（1 200目） 乌鲁木齐石化公司电厂

铝酸脂偶联剂 福师大高分子材料厂

硅烷偶联剂（KH550） 南京曙光化学试剂厂

2.3 主要实验设备

高速混合机（GH—1008） 北京塑料机械厂

双螺杆混炼挤出机（SHJ-30） 南京橡胶机械厂

塑料注射成型机（SZ-250/100） 无锡第二轻工机械厂

微机控制电子万能试验机（CMT6503） 深圳新三思材料实验仪器有限公司

激光粒度分析仪（JL-1166） 四川精新粉体测试仪器有限公司

2.4 实验过程

（1）选好偶联剂并确定最佳用量。

（2）将一定量的粉煤灰先放入高搅机中与偶联剂一起高速搅拌3min后，加入聚丙烯及抗氧剂，高速搅拌2min，将混合料从高速混合机内取出，冷却至室温。

（3）将配制好的料加入双螺杆挤出机中造粒，干燥后，用注塑成型机制作强度测试样条，放在30℃水浴中恒温24h后，按强度测试要求测试样条的强度及伸长。

2.5 测试方法

拉伸试验：根据GB/T 1040—2006测拉伸强度和断裂伸长率，拉伸速度为50mm/min。

3 结果与讨论

3.1 偶联剂的选用

分析：

从拉伸的测试结果看，细粉颗粒已进入树脂的大分子束间，当树脂受到拉伸时，它阻碍了大分子之间相互的滑动，但丝毫没有损伤树脂基体的整体性，从而导致了抗拉伸强度升高，断裂伸长率下降。

在普通的活化处理中，选择偶联剂应遵循的原则是：

（1）填料表面极性与聚合物极性相差很大，应选择填料表面处理后极性接近聚合物极性的处理剂；

（2）填料表面含有反应较大的官能团，则应选择与这些官能团在处理或填充工艺过程中能发生化学反应的处理剂，填料表面如呈酸（碱）性，则处理剂应选用碱（酸）性；如填料表面呈氧化性（还原性），处理剂应选用还原性（氧化性），如填料表面具有阳离子（阴离子）交换性，则处理剂应选用可与其阳离子（阴离子）进行置换的类型。

对处理剂而言，能与填料表面发生化学结合的比未发生结合的效果好，并应选用聚合物加工工艺条件下不分解，不变色以及不从填料表面脱落的处理剂。偶联剂通常与无机填料表面通过离子键或共价键的方式相连，而与聚合物基体之间的相互作用则包括了链缠绕、铰链反应或通过双键接枝。

很明显，相互作用的性质决定了哪偶联剂是有效的。硅氧烷类则需要无机填料表面有羟基存在，从而在填料表面形成Si—O键。由于粉煤灰的微观结构为玻璃微珠，主要成分为S io2，Al2O3等，表面有羟基存在从而硅氧烷类偶连剂在填料表面形成Si—O键，改善了粉煤灰与树脂的相容性和浸润性，能有效的分散填料和改善界面黏合力。因此用硅烷偶联剂处理就能达到比较好的效果。综上所述，可见对于粉煤灰填充来说，硅氧烷类偶联剂是可以使用的。因此，选用KH550作为下一步实验的偶联剂。

3.2 偶联剂的用量

分析如下：在一定的偶联剂用量范围内，同时因粉煤灰的玻璃微珠结构具有吸油量小与能改善制品表面的优点。玻璃微珠仅能轻微的降低聚合物熔体的流动性，可以达到较高的填充量。在机械负荷下，玻璃微珠可以改进应力分布，从而能大大提高材料的强度。

在KH550偶联剂的加入量为3%左右时，其材料在同组配方中强度最好，在此基础上加少量的接枝马来酸酐的相溶剂（CMG9801）能使其强度得到进一步的提高。偶联剂的加入量为4%时，由于偶联剂用量过大，可能会将无机粒子完全包覆，使发生偶联反应的活性点数减少，反而不能起到应有的偶联作用。如要使材料具有较高的断裂伸长率，则还要对其做进一步的改性。

4 结论

1）针对粉煤灰的特点和制品的用途选择性能优良的偶联剂很重要，通过实验确定了偶联剂为KH550。

2）通过实验确定了偶联剂的加入量，使得制品的性能更加优异。

3）将粉煤灰应用于聚丙烯填充，具有重大的环保意义，社会效益和经济效益显著，应大力推广使用。

[1] 卡茨，李佐邦.塑料用填料及增强剂手册[M].北京：化学出版社，1985.

Study on Performance of Fly Ash Filled Polypropylene Material

Bai Xin-sheng

The surface treatment of superf i ne fl y ash（1 200 mesh）was carried out by using appropriate coupling agent and its dosage.The treated fl y ash was fi lled into polypropylene and blended to improve the cost.Get the performance of excellent materials，but also reduce the pollution of fl y ash，environmental signif i cance is signif i cant.

f l y ash；coupling agent；blending modif i cation；f i lling

TQ327.8

：A

：1003–6490（2017）04–0140–02