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一种改性云母及其制备方法和应用.pdf

  • 上传人:sha****007
  • 文档编号:8810875
  • 上传时间:2021-01-04
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201810122542.4

    申请日:

    20180207

    公开号:

    CN108329721A

    公开日:

    20180727

    当前法律状态:

    有效性:

    审查中

    法律详情:

    IPC分类号:

    C09C1/40,C09C3/04,C09C3/08,C08L23/12,C08K9/00,C08K9/04,C08K3/34

    主分类号:

    C09C1/40,C09C3/04,C09C3/08,C08L23/12,C08K9/00,C08K9/04,C08K3/34

    申请人:

    南京工业大学

    发明人:

    窦强,蔡龙龙

    地址:

    211800 江苏省南京市浦口区浦珠南路30号

    优先权:

    CN201810122542A

    专利代理机构:

    北京金智普华知识产权代理有限公司

    代理人:

    于小秋

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    内容摘要

    本发明公开一种改性云母及其制备方法,在加热、球磨、超声波与酸/碱化学试剂的共同作用下,对云母进行改性处理。该改性云母与聚丙烯熔体混炼制备复合材料时,复合材料的结晶性能、力学性能与耐热性能得到显著改善。

    权利要求书

    1.一种改性云母的制备方法,包括:在加热、球磨与超声波共同作用下,在溶液中采用有机羧酸或酸酐对云母进行处理,然后用金属氧化物或氢氧化物中和过量的有机羧酸或酸酐,过滤干燥后得到改性云母。 2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,包括:将云母粉、溶剂和球磨珠加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到50-100℃,加入有机羧酸或酸酐,启动搅拌机和超声振荡器,搅拌转数为500-3000转/分钟,超声频率控制在20-80千赫兹,功率为0.1-10千瓦,保持0.5-3小时,然后加入金属氧化物或氢氧化物,调节pH值为7,再保持0.5-3小时,然后过滤、干燥、过筛,得到改性云母。 3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:采用的云母为白云母、绢云母、黑云母和金云母中的一种或两种的混合物。 4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:采用的球磨珠是直径为1-2毫米的氧化锆球;以200克云母粉计,球磨珠的用量为200-1000克,优选用量为500-750克。 5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:采用的有机羧酸或酸酐选自脂肪族、脂环族和芳香族的有机羧酸或酸酐中的一种,优选的是脂肪族、脂环族和芳香族的二元、三元和四元羧酸或酸酐中的一种,特别优选的是碳原子数为5-12的脂肪族、脂环族和芳香族的二元、三元和四元羧酸或酸酐中的一种;以200克云母粉计,所述的有机羧酸或酸酐用量为0.2-20克,优选用量是2-10克。 6.根据权利要求2或5所述的制备方法,其特征在于:采用的有机羧酸或酸酐选自己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、1,2-环己烷二甲酸、1,4-环己烷二甲酸、对苯二甲酸、苯丙二酸、1,8-萘二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸酐。 7.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:加入有机羧酸或酸酐后,搅拌机的搅拌转数为1000-2000转/分钟;超声振荡器的频率为40-60千赫兹,功率为1-4千瓦。 8.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于:采用的金属氧化物或氢氧化物为碱金属或碱土金属或过渡金属的氧化物或氢氧化物中的一种,优选是IA、IIA、IIB族过渡金属的氧化物或氢氧化物中的一种,特别优选是锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、锌、镉的氧化物或氢氧化物中的一种。 9.一种改性云母,由权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备而成。 10.权利要求9所述的改性云母在聚丙烯改性中的应用。 11.根据权利要求10所述的应用,其特征在于:所述的聚丙烯的重均分子量为10万-200万。 12.根据权利要求10或11所述的应用,其特征在于,包括:将5-150克的改性云母,495-350克的聚丙烯,0.05-0.5克的抗氧剂加入高混机中,于1200-1600转/分钟下混合5-10分钟,加入双螺杆挤出机料斗中,在170-230℃下挤出造粒,得到改性云母/聚丙烯复合材料。 13.一种改性云母/聚丙烯复合材料,经由权利要求10-12中任一项所述的应用而获得。

    说明书

    技术领域

    本发明属于材料加工及其应用技术领域,具体涉及一种改性云母及其制备方法和应用。

    背景技术

    云母属于铝硅酸盐矿物,具有连续层状硅氧四面体构造。分为三个亚类:白云母、黑云母和锂云母。白云母包括白云母及其亚种(绢云母)和较少见的钠云母;黑云母包括金云母、黑云母、铁黑云母和锰黑云母;锂云母是富含氧化锂的各种云母的细小鳞片。云母颜色随化学成分的变化而异,主要随Fe含量的增多而变深。白云母无色透明或呈浅色;黑云母为黑至深褐、暗绿等色;金云母呈黄色、棕色、绿色或无色;锂云母呈淡紫色、玫瑰红色至灰色。

    白云母也叫普通云母或钾云母,是云母矿物中的一种。化学表达式为:KAl2(AlSi3O10)(OH)2,其主要成分含量为:SiO2 44-50%,Al2O3 20-33%,K2O 9-11%,Na2O 0.95-1.80%,MgO 1.32-2.00%,Fe2O3 0.2-1.6%,此外,含少量Ca、Ti、Cr、Mn和F等。属于单斜晶系,莫氏硬度2.5-4,密度2.77-2.88g/cm3。在天然环境下常呈板状假六面形晶体、片状或鳞片状。颜色从无色到白色,有时也会呈绿色、棕色等,具有透明或半透明性质,条痕为无色,具有玻璃或珍珠光泽。有发育非常良好的底面解理,所以常可以将云母一片片的撕下来。并且白云母绝缘耐高温,物理化学性稳定,具有良好的隔热性、弹性和韧性。

    绢云母是一种细粒白云母,化学表达式是K0.5-1(Al,Fe,Mg)2(SiAl)4O10(OH)2,其主要成分含量为:SiO2 56.0-71.4%,Al2O3 15.6-23.4%,K2O 4.2-6.8%,Fe2O3 0.93-2.55%,Na2O 0.5-1.9%,CaO 0.09-0.15%,MgO 0.10-0.17,此外,含少量Ti、S、P和F等。外观呈细鳞片状,有丝绢光泽,密度2.6-2.7g/cm3,莫氏硬度2-3,{001}面解理完全,可劈成极薄的片状;富弹性,可弯曲,耐热可达600℃,耐酸碱,电绝缘性强,抗磨性和耐磨性好。另外绢云母的化学组成、结构、构造与高岭土相近,所以绢云母又具有粘土矿物的某些特性:在水介质及有机溶剂中悬浮性好,色白粒细,有粘性等。滁州产绢云母为片岩型绢云母,是由区域变质沉积作用形成,主要成份为绢云母和石英,各占50%左右。

    黑云母化学组成为:K(Mg,Fe)3AlSi3O10(F,OH)2,黑云母是含镁、铁的硅铝酸盐,镁、铁耐酸碱性、耐候性差,易分解氧化。黑云母单晶体主要为短柱状、或板状,横切面为六边形,集合体为鳞片状。棕裼色或黑色,颜色随含铁量增高而变深。其他光学性质和力学性质与白云母相似,密度为2.7-3.3g/cm3。

    金云母是含铁、镁和钾的一种铝硅酸盐,化学式为KMg3(AlSi3O10)(F,H)2。其中K2O 7.0-10.3%、MgO 21.4-29.4%、Al2O3 10.8-17.0%、SiO2 38.7-45.0%、H2O 0.3-4.5%,含少量Fe、Ti、Mn、Na和F等。金云母通常呈黄色、棕色、绿色或无色,莫氏硬度:2.78-2.85,密度:2.7-2.9g/cm3,玻璃光泽,完全解理、解理面呈珍珠或半金属光泽。

    在高分子复合材料的制备中,常加入无机填料和增强剂,如碳酸钙、滑石粉、云母、玻璃纤维等来改善有机聚合物的性能。云母粉填充热塑性塑料可使得复合材料的硬度增强,耐酸碱腐蚀性提高,渗透性减小,介电性能优良,平面增强,翘曲小,热变形温度升高,可燃性降低,热膨胀系数减小,加工设备的磨损降低。云母填充热固性塑料,可使复合材料具有良好的尺寸稳定性,优良的介电性能,渗透性减小,硬度和热变形温度升高。经云母改性的聚丙烯材料不仅刚性和强度高,且其抗翘曲性、尺寸稳定性均有提高,还有耐热性好、电学性能优良等优点,可以代替某些钢材、工程塑料等,从而被广泛应用于汽车零部件、风扇叶片、百叶窗、电子电器等。

    作为无机填料的云母表面有多种极性基团,属于亲水疏油性物质,且由于云母特殊的片状结构及其完全解理的特点,其与聚合物的粘结力较其他填料差,界面间的作用力较弱,容易产生相分离或离层现象,当其分散于非极性高分子材料时,二者相容性、界面粘结性较差,从而对填充高分子材料的加工性能和制品的使用性能带来不良影响。因此,要对云母进行适当表面处理,通过化学或物理方法改善表面状态,目前,比较常用的方法是通过对云母进行表面处理及在复合体系中加入增容剂。常用的表面处理剂有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、有机羧酸、酰胺等;增容剂有马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯等。

    无机填料的处理方法有两类:一是预处理填料法,即将无机物经偶联剂等处理,然后再与聚合物、助剂等混合均匀后进行下一步加工。其包括干法和湿法两种方法:(1)干法:又称喷雾法,即在高混机中(预热110-130℃)边搅拌边将偶联剂等的溶液均匀地喷在无机物表面,该法效率高,但偶联剂分子不易均匀分布到每一个粒子表面上;(2)湿法:又称浸渍法,即在含有偶联剂的处理液中浸渍无机填料,然后脱除溶剂,干燥得到处理的填料,该法偶联效果好,但步骤繁琐,能耗高。二是多组分混合法:即将聚合物、填料、偶联剂等直接混合后进行下一步加工。中国发明专利00119480.1(云母和玻纤毡增强的聚丙烯复合材料及制备方法和应用)介绍了将偶联剂溶解于溶剂中,并缓慢滴加到高速混合器内的云母中,常温下搅拌15-30分钟,然后将云母在烘箱内110℃烘2-3小时。中国发明专利201210585857.5(一种聚酰胺蜡改性绢云母粉体、其制备方法及其用途)介绍了将干燥后的绢云母粉体(200-10000目)和聚酰胺蜡粉(十二羟基硬脂酸和己二胺的缩聚物)按100:0.1-10的比例加入高混机中,于110-180℃搅拌混合3-90分钟,得到改性粉体。中国发明专利200510088769.4(一种增强聚丙烯组合物及其制备方法)介绍了将水与云母按4:1(质量比)配成悬浮液,低速搅拌,再每100份云母中加入2份硅烷偶联剂,高速搅拌15分钟后,再加入羧基丁苯胶乳9份高速搅拌45分钟后,抽滤、烘干(80-90℃)待用。中国发明专利申请公开号CN101838421A(一种改性填料/聚丙烯复合材料的制备方法)介绍了采用二元羧酸干法(高速混合机中)或湿法(溶液浸渍法)处理金云母,然后制备改性金云母/聚丙烯复合材料,复合材料的力学性能得到明显改善。中国发明专利201110005804.7(一种高性能聚丙烯复合材料及其制备方法)介绍了将聚丙烯、白云母粉和马来酸酐接枝聚丙烯在双螺杆挤出机里熔融挤出造粒,所得复合材料提高了拉伸强度和弹性模量。

    传统上通过加热和搅拌来促进化学反应的进行,随着科学技术的进步,逐步开展了利用机械能、声能、电场、磁场等外部作用来促进化学反应的研究。机械力化学反应是由机械力诱导的化学反应,是研究关于施加于固体、液体和气体物质上的各种形式的机械能—例如压缩、剪切、冲击、摩擦、拉伸、弯曲等引起的物质物理化学性质变化等一系列的化学现象的科学。这种机械力既可以是粉碎过程中的冲击研磨作用;也可以是压力或摩擦力以及溶液中的空腔及空气中的冲击波产生的作用力。机械力作用于固体物质时,不仅引发劈裂、折断、变形、体积细化等物理变化,而且随颗粒的尺寸逐渐变小、比表面积不断增大,产生能量转换,其内部结构、物理化学性质以及化学反应活性也会相应的产生变化。机械力化学的特征:机械力作用可以诱发产生一些利用热能难于或无法进行的化学反应;有些物质的机械化学反应与热化学反应有不同的反应机理;与热化学相比,机械化学受周围环境的影响要小得多;机械化学反应可沿常规条件下热力学不可能发生的方向进行。机械力化学变化的原理相当复杂,在强的机械力作用下,固体受到剧烈的冲击,在晶体结构发生破坏的同时,局部还会产生等离子体过程,伴随有受激电子辐射等现象,可以诱发物质之间的化学反应,降低反应的温度和活化能,因此机械力化学反应的机理、反应的热力学和动力学特征均与常规的化学反应有所区别。

    粉体材料也可以采用机械力化学改性,机械力化学法改性即是通过粉碎、磨碎、摩擦等机械方法使物料晶格结构及晶型发生变化,体系内能增大,温度升高,使粒子溶解、热分解、产生游离基或离子,增强表面活性,促使物质与其他物质发生化学反应或相互附着,从而达到表面改性目的,它被认为是一种具有相当应用价值的高效改性方法。张敬阳(张敬阳.福建硬质绢云母的机械力化学表面改性实验.矿业快报,2001,(6):7-8)在高速混合机中于120℃下,先将绢云母粉体用钛酸酯偶联剂处理,然后再用超音速气流粉碎机对处理后的粉体进行超细粉碎,得到平均粒度为微米级的机械力化学改性绢云母超细粉,提高了矿物活性,应用于复合材料中,可使矿物填料与聚合物牢固地结合起来,改善材料的性能。吴翠玲等(吴翠玲,吴伟端,赵煌.机械力化学改性层状硅酸盐矿物填料对橡胶力学性能的影响.非金属矿,2003,26(3):12,26)将绢云母经雷蒙磨粗加工后,加入2%硬脂酸混匀,以气流磨进行超细粉碎-表面活化。气流磨所产生的超音速气流机械力,使矿物粉体与硬脂酸发生机械力化学吸附,由亲水性变为亲油性,提高矿物的活性,其填充橡胶复合材料的力学性能优于未改性填料/橡胶复合材料。中国专利公开号CN101323714A(一种氨基硅烷与铝酸酯复合改性微晶白云母粉的方法)介绍了利用机械力化学改性,在球磨机中进行氨基硅烷与铝酸酯复合改性微晶白云母粉。中国专利公开号CN101323716A(一种甲基丙烯酰氧基硅烷与铝酸酯复合改性微晶白云母粉的方法)介绍了采用机械力化学改性的方法,利用γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷和铝酸酯偶联剂之间的相互缠绕和交联作用对微晶白云母粉体进行复合改性。中国专利公开号CN101962493A(一种用硼酸酯与甲基丙烯酰氧基硅烷复合改性微晶白云母粉的方法)采用机械力化学改性的方法,利用硼酸酯与甲基丙烯酰氧基硅烷复合改性微晶白云母粉。

    所谓的超声波一般是指频率范围在20k-10MHz的声波,超声化学是20世纪80年代中后期发展起来的一门新兴交叉学科,它是利用超声空化效应形成局部热点,可形成温度4000-6000K、压力100MPa、急剧冷却速度达109K/s的极端微环境,足以使有机物在空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解或自由基反应。超声波应用于化学反应能提高化学反应速率、缩短反应时间、提高反应选择性,提高反应产率、改变反应历程和改善反应条件,而且能激发在没有超声波存在时不能发生的化学反应。由于超声化学具有独特的反应特性,目前受到广泛关注,是合成化学等极为重要且十分活跃的研究领域之一。超声作为一种特殊的能量作用形式,与热能、光能和离子辐射能有显著的区别。超声空化作用时间短,释放出高能量。例如,在高温条件下,有利于反应物种的裂解和自由基的形成,从而形成了更为活泼的反应物种,有利于二次反应的进行,提高了化学反应的速率。同时,气泡崩溃时产生的高压,一方面有利于高压气相中的反应,另一方面,由于高压存在导致的冲击波和微射流现象,在固液体系中起到很好的冲击作用,特别是导致分子间强烈的相互碰撞和聚集,对固体表面形态、表面组成都有极为重要的作用。近年来,超声化学在物质合成、催化反应、水处理、废物降解、纳米材料等方面的研究已成为超声化学重要的应用研究领域。由于声能具有独特的优点,无二次污染、设备简单、应用面广,所以受到人们越来越多的关注,超声化学已成为一个蓬勃发展的应用研究领域。

    发明内容

    针对现有技术的不足及技术发展需求,本发明的目的首先在于提供了一种改性云母及其制备方法。在加热、球磨、超声波与酸/碱化学试剂的共同作用下,对云母进行改性处理。所述的改性云母与聚丙烯熔体混炼制备复合材料时,复合材料的结晶性能、力学性能与耐热性能得到显著改善。

    具体而言,一种改性云母的制备方法,包括:在加热、球磨与超声波共同作用下,在溶液中采用有机羧酸或酸酐对云母进行处理,然后用金属氧化物或氢氧化物中和过量的有机羧酸或酸酐,过滤干燥后得到改性云母。

    作为优选技术方案,上述云母的改性处理包括:将云母粉、溶剂和球磨珠加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到50-100℃,加入有机羧酸或酸酐,启动搅拌机和超声振荡器,搅拌转数为500-3000转/分钟,超声频率控制在20-80千赫兹,功率为0.1-10千瓦,保持0.5-3小时,然后加入金属氧化物或氢氧化物,调节pH值为7,再保持0.5-3小时,然后过滤、干燥、过筛,得到改性云母。

    上述所采用的云母为白云母、绢云母、黑云母和金云母中的一种或两种的混合物。

    对上述所采用的溶剂种类没有特别限定,只要不对改性反应产生负面影响即可。非限制性地,溶剂可选自醇、酮、醚或水,优选水、乙醇或二者的混合物。以200克云母粉计,溶剂用量以200-2000毫升为宜,优选用量为500-1000毫升。

    上述所采用的球磨珠优选是直径为1-2毫米的氧化锆球。以200克云母粉计,球磨珠的用量为200-1000克,优选用量为500-750克。

    升温后反应温度以50-100℃为宜,优选70-95℃。

    上述所采用的有机羧酸或酸酐选自脂肪族、脂环族和芳香族的有机羧酸或酸酐中的一种,优选的是脂肪族、脂环族和芳香族的二元、三元和四元羧酸或酸酐中的一种,特别优选的是碳原子数为5-12的脂肪族、脂环族和芳香族的二元、三元和四元羧酸或酸酐中的一种。进一步优选地,采用的有机羧酸或酸酐选自己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、1,2-环己烷二甲酸、1,4-环己烷二甲酸、对苯二甲酸、苯丙二酸、1,8-萘二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸酐。以200克云母粉计,所述的有机羧酸或酸酐用量为0.2-20克,优选用量是2-10克。

    加入有机羧酸或酸酐后,搅拌机的搅拌转数优选为1000-2000转/分钟;超声振荡器的频率优选为40-60千赫兹,功率优选为1-4千瓦。

    上述所采用的金属氧化物或氢氧化物为碱金属或碱土金属或过渡金属的氧化物或氢氧化物中的一种,优选是IA、IIA、IIB族过渡金属的氧化物或氢氧化物中的一种,特别优选是锂、钠、钾、镁、钙、锶、钡、锌、镉的氧化物或氢氧化物中的一种。

    过滤除去溶剂后,优选在真空烘箱中加热干燥,然后再根据应用需求过筛,即可得到改性云母。

    与上述制备方法相对应,本发明提供了一种改性云母,由上述制备方法制备而成。

    本发明的改性云母与聚丙烯熔体混炼制备复合材料时,能够显著提升复合材料的结晶性能、力学性能与耐热性能。因此,本发明还涉及上述改性云母在聚丙烯改性中的应用。

    特别适宜地,所述的聚丙烯的重均分子量为10万-200万。

    示例但非限制性地,所述应用包括:将5-150克的改性云母,495-350克的聚丙烯,0.05-0.5克的抗氧剂加入高混机中,于1200-1600转/分钟下混合5-10分钟,加入双螺杆挤出机料斗中,在170-230℃下挤出造粒,得到改性云母/聚丙烯复合材料。

    与之对应地,本发明提供一种改性云母/聚丙烯复合材料,经由上述过程制备而成。

    与现有技术相比,本发明能够取得诸多有益效果,包括:

    1.通过加热、球磨和超声波的共同作用,增强了云母表面的金属元素以及金属氧化物或氢氧化物与有机羧酸或酸酐的化学反应的活性,同时也降低了云母的粒径和粒径分布,高效率地实现了云母的化学改性。

    2.采用金属氧化物或氢氧化物中和过量的有机羧酸或酸酐,消除了酸性物质残留,避免了聚合物的催化降解,改善了复合材料的热稳定性。

    3.改性云母与聚丙烯复合材料的结晶性能、力学性能、耐热性得到了大幅度提高,可以用作工程塑料。

    4.提高了云母的附加值,并且云母改性方法及复合材料加工方法简单易实施,成本低廉,具备了工业化大规模生产的可行性。

    附图说明

    图1是比较例5中未改性绢云母(图1a)和实施例5中1,4-环己烷二甲酸/氢氧化钾改性绢云母(图1b)的粒径分布图。

    图2是比较例1中未改性白云母(谱线1)、实施例1中庚二酸/氢氧化钠改性白云母(谱线2)和实施例3中均苯三甲酸/氢氧化钙改性白云母(谱线3)的红外光谱图。

    具体实施方式

    下面结合实施例和比较例进一步说明本发明,但本发明不限于这些实施例,该领域的专业技术人员根据上述发明的内容做出的一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。

    性能测试方法

    首先制备改性云母,然后将5-150克的改性云母,495-350克的聚丙烯(T30S,延长石化产),0.1克的抗氧剂B215加入高混机中,于1400转/分钟下混合8分钟,加入双螺杆挤出机料斗中,喂料螺杆速度为90转/分钟,主螺杆转速为180转/分钟,挤出温度为190-210℃,挤出水冷拉条造粒,得到改性云母/聚丙烯复合材料颗粒。

    粒料在80℃干燥4小时后加入注塑机料斗中,注塑温度为200-210℃,注射压力为70MPa,注塑成所需试条,进行力学性能和耐热性能测试。其中,拉伸强度和断裂伸长率按GB/T 1040-2006进行测定;弯曲模量按GB/T 9341-2008进行测定;悬臂梁缺口冲击强度按GB/T 1843-2008进行测定;热变形温度按GB/T 1634-2004进行测定。

    结晶性能测试:取5-6mg粒料样品,放入铝坩埚中,参比试样为空坩埚,一起放入示差扫描量热仪内,在氮气保护下以10℃/min从20℃升温至210℃,恒温5分钟后,再以10℃/min从210℃降至100℃,结束实验。从降温曲线上得到结晶峰温度(Tc)。

    制备实施例

    实施例1

    将200克白云母粉(徐州产,800目)、500毫升水和500克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到95℃,加入2克庚二酸,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为1千瓦),搅拌转数为1000转/分钟,保持1小时,再加入氢氧化钠,调节pH值为7,保持1小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥3小时,取出过200目筛,得到改性白云母。

    将10克改性白云母,490克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    实施例2

    将200克白云母粉(徐州产,1200目)、500毫升乙醇和600克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到70℃,加入5克辛二酸,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为2千瓦),搅拌转数为1500转/分钟,保持1小时,再加入氧化锌,调节pH值为7,保持1小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥2小时,取出过200目筛,得到改性白云母。

    将50克改性白云母,450克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    实施例3

    将200克白云母粉(徐州产,1500目)、500毫升水、500毫升乙醇和750克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到80℃,加入10克均苯三甲酸,启动搅拌机和超声振荡器(频率为60千赫兹,功率为4千瓦),搅拌转数为1500转/分钟,保持1小时,再加入氢氧化钙,调节pH值为7,保持1小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥4小时,取出过200目筛,得到改性白云母。

    将100克改性白云母,400克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    实施例4

    将200克白云母粉(徐州产,1500目)、1000毫升水和750克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到80℃,加入10克均苯四甲酸酐,启动搅拌机和超声振荡器(频率为60千赫兹,功率为4千瓦),搅拌转数为2000转/分钟,保持1.5小时,再加入氢氧化锂,调节pH值为7,保持1.5小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥4小时,取出过200目筛,得到改性白云母。

    将150克改性白云母,350克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    实施例5

    将200克绢云母粉(滁州产,1500目)、500毫升水和500克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到95℃,加入2克1,4-环己烷二甲酸,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为1千瓦),搅拌转数为1000转/分钟,保持1小时,再加入氢氧化钾,调节pH值为7,保持0.5小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥3小时,取出过200目筛,得到改性绢云母。

    将100克改性绢云母,400克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    实施例6

    将200克黑云母粉(灵寿县产,800目)、500毫升水和500克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到95℃,加入2克对苯二甲酸,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为1千瓦),搅拌转数为1000转/分钟,保持1小时,再加入氢氧化镉,调节pH值为7,保持0.5小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥2小时,取出过200目筛,得到改性黑云母。

    将100克改性黑云母,400克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    实施例7

    将200克黑云母粉(灵寿县产,800目)、500毫升水和500克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到90℃,加入6克苯丙二酸,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为1千瓦),搅拌转数为2000转/分钟,保持1小时,再加入氢氧化钡,调节pH值为7,保持1小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥3小时,取出过200目筛,得到改性黑云母。

    将100克改性黑云母,400克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    实施例8

    将200克金云母粉(灵寿县产,800目)、500毫升水和500克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到90℃,加入4克1,8-萘二甲酸,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为1千瓦),搅拌转数为1000转/分钟,保持1小时,再加入氧化镁,调节pH值为7,保持1小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥3小时,取出过200目筛,得到改性金云母。

    将100克改性金云母,400克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    比较例1

    将200克白云母粉(徐州产,800目)、500毫升水和500克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到95℃,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为1千瓦),搅拌转数为1000转/分钟,保持2小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥3小时,取出过200目筛,得到未改性白云母粉末。

    将10克未改性白云母粉,490克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    比较例2

    将200克白云母粉(徐州产,1200目)、500毫升乙醇和600克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到70℃,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为2千瓦),搅拌转数为1500转/分钟,保持2小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥2小时,取出过200目筛,得到未改性白云母粉末。

    将50克未改性白云母粉,450克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    比较例3

    将200克白云母粉(徐州产,1500目)、500毫升水、500毫升乙醇和750克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到80℃,启动搅拌机和超声振荡器(频率为60千赫兹,功率为4千瓦),搅拌转数为1500转/分钟,保持2小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥4小时,取出过200目筛,得到未改性白云母粉末。

    将100克未改性白云母粉,400克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    比较例4

    将200克白云母粉(徐州产,1500目)、1000毫升水和750克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到80℃,启动搅拌机和超声振荡器(频率为60千赫兹,功率为4千瓦),搅拌转数为2000转/分钟,保持3,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥4小时,取出过200目筛,得到未改性白云母粉末。

    将150克未改性白云母粉,350克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    比较例5

    将200克绢云母粉(滁州产,1500目)、500毫升水和500克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到95℃,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为1千瓦),搅拌转数为1000转/分钟,保持1.5小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥3小时,取出过200目筛,得到未改性绢云母粉末。

    将100克未改性绢云母粉,400克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    比较例6

    将200克黑云母粉(灵寿县产,800目)、500毫升水和500克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到95℃,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为1千瓦),搅拌转数为1000转/分钟,保持1.5小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥2小时,取出过200目筛,得到未改性黑云母粉末。

    将100克未改性黑云母粉,400克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    比较例7

    将200克黑云母粉(灵寿县产,800目)、500毫升水和500克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到90℃,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为1千瓦),搅拌转数为2000转/分钟,保持2小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥3小时,取出过200目筛,得到未改性黑云母粉末。

    将100克未改性黑云母粉,400克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    比较例8

    将200克金云母粉(灵寿县产,800目)、500毫升水和500克氧化锆球(1-2毫米直径)加入超声振动研磨搅拌机的研磨桶中,升温到90℃,启动搅拌机和超声振荡器(频率为40千赫兹,功率为1千瓦),搅拌转数为1000转/分钟,保持2小时,然后过滤去溶剂,在真空烘箱中100℃下干燥3小时,取出过200目筛,得到未改性金云母粉末。

    将100克未改性金云母粉,400克聚丙烯,0.1克的抗氧剂B215高速混合后加入双螺杆挤出机料斗中,挤出造粒,粒料干燥后注塑成型为标准样条。

    性能测试数据见表1。

    表1实施例1-8和比较例1-8的性能比较

    本发明在加热、球磨、超声波与酸/碱化学试剂的共同作用下,对云母进行改性处理。平行对比实施例1-8和比较例1-8可以发现(如表1中所示),相较于未改性云母,将本发明的改性云母应用于聚丙烯改性时,所得复合材料的结晶性能、力学性能、耐热性均有明显提高。

    此外,对云母改性前后的粒径分布和红外吸收光谱进行了表征,结果表明:

    如图1所示,相比于未改性绢云母(图1a),参照本发明所述改性方法获得的1,4-环己烷二甲酸/氢氧化钾改性绢云母(图1b)的粒径变小,粒径分布变窄。

    如图2所示,改性白云母的红外谱图出现了新的羧酸盐振动吸收峰,说明改性过程中发生了化学反应,白云母的表面性质发生了改变。

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    一种 改性 云母 及其 制备 方法 应用
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