滑石粉/聚丙烯复合材料的制备及结晶性能研究进展*

蒋博，赫秀娟

（沈阳化工学院材料科学与学院，辽宁沈阳110142）

滑石粉/聚丙烯复合材料的制备及结晶性能研究进展*

蒋博，赫秀娟

（沈阳化工学院材料科学与学院，辽宁沈阳110142）

综述了Talc/PP复合材料的制备方法，提高滑石粉与聚丙烯相容性的方法，以及滑石粉/聚丙烯复合材料结晶性能的研究进展。

滑石粉；表面处理；聚丙烯；结晶性能

无机物填充改性是近年来聚丙烯（PP）塑料改性的重要方法之一。滑石粉（Talc）具有片层结构，在改性塑料的填料中占有重要地位，Talc填充聚丙烯后，材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲强度有所提高。由于有很高的性能价格比，Talc/PP复合材料发展迅速，目前在汽车行业、家电工业等领域得到了广泛的应用[1-2]。因而对Talc/PP复合材料的制备及其性能的研究也成为了人们较关注的课题。

1 Talc/PP复合材料的制备

Talc/PP复合材料的制备主要采用熔融共混的方法。但由于Talc与聚丙烯的表面存在很大差异，两者缺少亲和性，相容性差，所以对Talc的表面处理或预先对聚丙烯进行处理以提高两者的相容性成为制备Talc/聚丙烯复合材料的最关键的环节。

目前多采用偶联剂对Talc的表面进行处理，采用的偶联剂主要有钛酸酯类[3-4]、铝酸酯类[5]和硅烷类[6]。偶联剂的处理过程基本相同，首先将滑石粉烘干，放入高速混合机内，然后均匀加入计量的稀释好的偶联剂，在适宜的温度下搅拌数分钟获得改性滑石粉。樊泽东等人[7]对钛酸酯偶联剂与滑石粉表面的相互作用进行研究时发现，钛酸酯偶联剂在改性滑石粉过程中，两者间除发生物理吸附作用外，还发生了化学作用，在滑石粉表面形成了牢固的包覆层，改变了无机粒子的表面性能。经钛酸酯偶联剂表面改性滑石粉填充的PP/POE/Talc复合材料与未改性滑石粉填充复合材料相比，其缺口冲击强度可提高57.7%。李彩林等[8]研究了不同偶联剂处理滑石粉对滑石粉/PP复合材料性能的影响，发现用硅烷偶联剂处理滑石粉对增加滑石粉填充PP体系的刚性有利；用钛酸酯偶联剂处理滑石粉对提高滑石粉填充PP体系的韧性有利。为了充分发挥两种偶联剂的优势，使用了复合偶联剂，并对偶联剂的添加顺序进行了研究。罗杨云等[9]采用两种偶联剂的质量比为1︰1，先加入钛酸酯偶联剂处理后，再加入硅烷偶联剂的方式处理样品，复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弹性模量以及缺口冲击强度均优于其它方式处理的样品。当滑石粉质量分数为10% ～20%时，经混合偶联剂处理的复合体系，拉伸强度比未处理的提高2倍，冲击强度比未处理的高约2倍多。

添加增容剂也可以提高滑石粉和PP间的相容性。周兴平等[10]利用马来酸酐（MAH）/苯乙烯（St）共单体固相接枝PP（MSP）作增容剂，采用熔融共混和注塑成型的方法，制备了PP/Talc复合材料。实验发现：当滑石粉的质量分数低于30%时，复合材料的拉伸强度得到了改善，表明MSP增容剂改善了基体PP和填料滑石粉之间的界面黏附性。柏晓红等[11]采用熔融接枝法用过氧化苯甲酰（BPO）做引发剂进行丙烯酸（AA）接枝PP，可以得到具有极性非晶态支链的PP接枝共聚物（PP-g-AA），再将其作为PP/Talc体系的增容剂，得到了性能较好的PP复合材料。实验发现：PP/AA/BPO的质量比为100/3/0.3时，复合体系的力学性能最佳，当PP-g-AA的质量分数为10%时，增容效果最好，且复合体系的性能优于用偶联剂处理滑石粉填充PP体系。

滑石粉具有片层结构，如果能够将单体或聚合物分子插入到滑石粉层中，形成层状复合材料，会增加两组分界面相互作用从而使复合材料呈现卓越的力学性能、热性能、气体阻隔性及阻燃性能。目前大多数实验都是采用熔融共混的方法简单地将滑石粉填充到基体材料中，这样滑石粉并没有剥离。Shao[12]等设计了一种磨盘形力化学反应器，这种设备具有三维剪切的独特结构，可提供强大三维剪切应力场。他们用这种设备碾磨PP/talc（50︰50）制备复合粉体，复合粉体再和PP用双螺杆挤出机共混挤出，造粒，最后注射成型制成复合材料。用X-射线衍射表征，结果显示滑石粉层间距的特征峰基本消失，表明滑石粉片层的堆积度大大减小。透射电镜照片显示，滑石粉片层均匀分散在聚合物基体中，并且尺寸在纳米级，实现了滑石粉的插层，甚至剥离。

2 Talc/PP复合材料的结晶性能

杨华明等[13]用Avrami方程全面分析PP/Talc的等温结晶动力学，并由此获得相关的动力学参数；用Kissinger方程研究滑石粉对PP/Talc复合材料结晶活化能的影响。研究表明：加入滑石粉后明显提高PP/滑石粉复合材料的结晶速率和结晶度；证明滑石粉能促进PP材料的结晶，并在PP结晶过程中起到异相成核作用。PP/Talc复合材料的等温结晶过程属于典型的异相成核机理。Mucha等[14]用滑石粉、白垩土、木粉、纳米粘土粒子、炭黑、壳聚糖分别以质量分数5%的含量以粉末的形式填充PP。用差式扫描量热法（DSC）测试复合体系中全同PP的等温结晶动力学。结果显示参数K和n与所用的填充物有关。研究发现滑石粉和炭黑具有最好的异相成核作用。Medeiros等[15]用DSC测量滑石粉对PP成核效应的影响和体系的非等温结晶动力学。用Fillon法计算成核效应，动态成核用Ozawa法以2，5，10℃/min的降温速率测试。结果显示随着填料含量的增加，结晶度和结晶温度均升高，而以高冷却速率测试时均下降，随着温度和填料含量的提高，Ozawa指数（n’）和成核效应均增加。结果也显示，滑石粉对PP的成核效应可以和可用的最好的异相成核剂相媲美。

Choi和Kim[16]通过AFM，DSC，SEM and XRD研究注射成型PP/EPR/Talc共混体系中滑石粉的取向效应和取向结晶PP的非等温结晶速率。实验表明PP是在滑石粉的表面结晶生长的，并且PP的结晶是在滑石粉的表面垂直取向的，因此，结晶取向是受滑石粉取向影响的。在注射成型的样品表面，随着EPR分子量的降低和滑石粉含量的增加，结晶取向增加。由于样品表层的滑石粉的取向几乎是与流动方向一致的，结晶取向随着结晶速率增加而成倍增加。观察EPR分子量和滑石粉含量的变化PP/EPR/Talc共混体系的非等温结晶行为表明：由于EPR的塑化作用，随着EPR分子量的降低，非等温结晶速率增加，由于滑石粉作为体系的成核剂，非等温结晶速率随滑石粉含量的增加而增加。

[1]申欣，王卫，孙道兴.PP/POE/滑石粉汽车保险杠专用料[J].塑料工业，2005，33（4）：61-63.

[2]李荣勋，冯绍华，李少香，等.洗衣机用PP复合材料的研制[J].塑料科技，2004，161（3）：25-28.

[3]黄丽婕，李艺.超细滑石粉的表面改性及应用特性[J].广西轻工业，2007，98（1）：29-30.

[4]罗士平，周国平，曹佳杰，等.钛酸酯偶联剂对无机填料表面改性的研究[J].合成材料老化与应用，2001（1）：9-14.

[5]瞿雄伟，商淑瑞，刘盘阁，等.铝酸酯处理滑石填充ABS复合材料的研究[J].化工科技，2000，8（3）：42-45.

[6]叶邦格，姜俊，胡萍，等.超细滑石粉改性MC尼龙的研究[J].工程塑料应用，2004，32（10）：23-25.

[7]樊泽东，罗筑，于杰，等.超微细滑石粉的表面改性及对聚丙烯性能的影响[J].高分子材料科学与工程，2007，23（3）：143-147.

[8]李彩林，郭少云，陈跃，等.PP/POE/滑石粉三元复合材料的研究[J].高分子材料科学与工程，2006，22（3）：214-218.

[9]罗杨云，董丽杰，刘青民，等，PP/滑石粉复合材料的力学性能与断裂行为[J].武汉理工大学学报，2003，25（7）：11-14.

[10]周兴平，齐云娜，刘生鹏，等.MAH/St固相接枝聚丙烯对PP/Talc复合材料性能的影响[J].塑料工业，2007，35（6）：42-45.

[11]柏晓红，张锡薇，杨言江.PP-g-AA对PP/滑石粉增容性的研究[J].黑龙江石油化工，2001（12）：18-20.

[12]Weiguo Shao，Qi Wang，Kanshe Li.Intercalation and Exfoliation of Talc by Solid-State Shear Compounding（S3C）Using Pan-Mill Equipment[J].Polymer Engineering And Science，2005，45（4）：451-457.

[13]杨华明，曹建红，唐爱东，等.聚丙烯/滑石粉复合材料的等温结晶动力学[J].中国塑料，2004，18（1）：15-19.

[14]M.Mucha，Z.Królikowski.ApplicationofDSCtostudy crystallization kinetics of polypropylene containing fillers[J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry，2003，74：549-557.

[15]E.S.de Medeiros，R.S.Tocchetto，L.H.de Carvalho，et al.Nucleat ing effect and dynamic crystallization of a poly（proplene）/talc system[J].Journal of Thermal Analysis and Calorimetry，2001，66：523-531.

[16]Woo Jin Choi，Sung Chul Kim.Effects of talc orientation and non-isothermalcrystallizationrate oncrystalorientationof polypropyleneininjection-moldedpolypropylene/ethylene propylene rubber/talc blends[J].Polymer，2004，45：2393-2401.

Preparation of Talc/PP Composites and Research Progress in Their Crystallinity

JIANG Bo，HE Xiu-juan

（Department of Material Science and Technology，Shenyang Institute of Chemical Technology，Liaoning Shenyang 110142，China）

Preparation methods of talc/PP composites were introduced as well as the methods of improving the compatibility between polypropylene and Talc.The crystallinity of talc/PP composites was discussed.

Talc；Surface modification；Polypropylene；Mechanical properties；Crystallinity

TD875.3

A

1671-0460（2010）02-0189-03

2009-11-25

蒋博（1983-），男，辽宁锦州人，硕士研究生，从事高分子复合材料研究工作。

赫秀娟，电话：024-89387488，E-mail：x.j.he@hotmail.com。