[发明专利]一种硅灰石填料的无机复合与表面改性方法

说明书

1.技术领域

本发明涉及一种硅灰石填料的无机复合与表面改性方法，属于矿物材料加工与应用领域。

2.背景技术

在塑料等高分子材料、聚合物基复合材料、功能高分子材料等中广泛使用经过粉碎、分级表面改性等加工后的无机非金属矿物填料。这些无机非金属矿物填料的化学成分、晶体结构、粒度大小和粒度分布、颗粒形状等决定其填充性能。现代新型高聚物基复合材料不仅要求无机非金属矿物填料具有增量和降低材料成本的功效，更重要的是具有补强和增强功能。因此，提高无机非金属矿物填料的填充增强或补强性能是无机非金属矿物填料加工技术最重要的研究课题之一。粒径微细化、化学成分和晶体结构复杂化、表面活性和相容化被认为是提高无机非金属矿物填料的填充增强或补强性能的主要技术途径。对于无机非金属矿物填料的超细粉碎加工技术和无机矿物填料的表面有机改性活化技术已经进行了较多的研究。现有的超细粉碎和精细分级技术已基本上能够满足无机非金属矿物填料粒径微细化的要求，有机表面改性活化后的无机非金属矿物填料也已在塑料等高分子材料或高聚物基复合材料中得到应用。但是，对于无机非金属矿物填料化学成分和晶体结构复杂化、填料颗粒形状的配合优化以及无机非金属矿物复合活性填料的加工和应用还很少进行研究。由于不同品种的无机非金属矿物填料颗粒形状、化学成分、晶体结构及物理化学性质的不同，其对填充高聚物基复合材料的力学性能、热学性能等的影响也将不同。将两种以上无机非金属矿物填料进行复合和有机表面改性，使填料体系的体相结构复杂化和表面活性及相容化，不同颗粒形状、化学成分、晶体结构及物理化学性质的无机非金属矿物填料有机结合，在填充时取长补短、相互配合，可以实现无机非金属矿物填料填充性能的优化。

硅灰石属于链状偏硅酸盐，主要化学成分为硅酸钙；硅灰石的结晶平行于(100)面的解离完全，平行于(001)和(102)面的解理也较明显，因此即使是细小颗粒也呈纤维状或针状。由于其具有优良的补强、难燃、耐磨、耐老化等性能而广泛用作PP、PA、ABS等工程塑料的功能填料。

硅镁铝粉是一种蒙皂石族硅酸盐矿物，主要化学成分为SiO₂、MgO、Al₂O₃；单斜晶系，层状结构，其结构单元间充填了水分子和可交换性阳离子，并能吸附有机分子；具有阻燃性，绝缘性，透明性，热稳定性，补强性，滑爽性，抗老化性，抗紫外线，增白性等诸多性能。

将硅灰石与硅镁铝粉这种不同化学成分、不同晶体结构和颗粒形状的无机矿物粉体进行复合，然后再对复合填料进行表面有机改性，使填料的化学成分、晶体结构、颗粒形状等复合化，表面活性化，可以显著提高硅灰石填料在高聚物基复合材料中的填充性能。

3.发明内容

将一定量的硅镁铝粉添加到硅灰石填料中，在搅拌混合机中以一定速度加热搅拌复合，待升至一定温度时，加入一定量的硅烷偶联剂改性处理一定时间后即得到硅灰石无机复合与表面改性填料。

其工艺步骤如下：

(1)将一定量的硅镁铝粉与硅灰石填料混合后在搅拌混合机中边加热，边搅拌复合；

(2)待升至一定温度时，加入一定量的硅烷偶联剂对复合填料进行一定时间的表面改性处理。

以下为本发明的配方和主要工艺条件：

(1)硅镁铝粉的添加量为硅镁铝粉/硅灰石填料(质量比)＝(3～20)/(97～80)；

(2)硅烷偶联剂为氨基硅烷，用量为硅灰石与硅镁铝粉复合填料质量的0.5％～2.0％：

(3)添加硅烷偶联剂对复合填料进行表面改性的温度为60～120℃；

(4)添加硅烷偶联剂对复合填料进行表面改性的时间为5～45min。

本发明的优点：用本发明制备的硅灰石无机复合与表面改性填料填充PA6可以显著提高PA6基复合材料的强度和韧性，如简支梁缺口冲击强度，拉伸强度，弹性模量，弯曲强度和弯曲模量等。

4.具体实施方式

实施例一：取硅灰石950g，硅镁铝粉50g，搅拌加热至80℃时加入10g氨基硅烷，搅拌处理20min后即得硅灰石无机复合与表面改性填料。

实施例二：取硅灰石930g，硅镁铝粉70g，搅拌加热至80℃时加入10g氨基硅烷，搅拌处理20min后即得硅灰石无机复合与表面改性填料。

实施例三：取硅灰石970g，硅镁铝粉30g，搅拌加热至80℃时加入10g氨基硅烷，搅拌处理20min后即得硅灰石无机复合与表面改性填料。