[发明专利]一种改性硅灰石及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性硅灰石及其制备方法和应用，属于矿物材料加工与应用领域。本发明提供的改性硅灰石的制备方法，将硅灰石与钛酸酯偶联剂、硬脂酸和脂肪酸聚氧乙烯酯混合，改性反应得到无机改性硅灰石粉体。本发明使用钛酸酯偶联剂、硬脂酸和脂肪酸聚氧乙烯酯组成复合改性剂，对硅灰石进行改性，可改善硅灰石与填充材料之间的界面相互作用，得到的改性产品与PP等材料结合能力得到提升，力学性能提高。实施例的结果显示，改性硅灰石填充PP后得到的PP复合材料的简支梁＞12.5J，缺口冲击强度≥7kJ/m²，拉伸强度＞31MPa，弯曲强度＞38MPa，弯曲模量＞1820MPa，吸油值≤23mL/100g。

技术领域

本发明涉及矿物材料加工与应用领域，特别涉及一种改性硅灰石及其制备方法和应用。

背景技术

硅灰石(CaSiO₃)是一种含钙矿物，偏硅酸盐类。天然硅灰石有针状、纤维状和辐射状结构。硅灰石具有无毒、低吸油率、亲水性、高热化学稳定性和白度等优良性能，广泛应用于建筑陶瓷、涂料、塑料橡胶、冶金、耐火等工业领域。在中国，硅灰石的年产量为30万吨，占国际硅灰石总产量的50％。然而，国内目前对硅灰石的利用仅仅局限于硅灰石矿石的简单工艺，进一步的超细粉碎、矿物表面改性等工艺技术还没有广泛应用于硅灰石的开发。

研究表明，硅灰石应用于工程塑料作填料可改善塑料制品的力学性能和抗老化性能，起补强、增强作用；可部分替代滑石粉、钛白粉作填料，从而降低制品成本。但是，目前硅灰石矿物纤维用作高分子材料增强填料存在着一些亟需解决的问题，如：①用于树脂基复合材料中，颜色变深；②硅灰石表面亲水，与有机树脂的相容性不好；③硬度较高，对加工设备的磨损较严重。因此，必须对硅灰石填料进行改性，以提高硅灰石与有机树脂的相容性与分散性。

迄今为止，对硅灰石填料进行的表面改性，大多是表面有机改性，如CN200810224268.8中使用硅烷偶联剂对硅灰石进行表面改性，得到的改性硅灰石补强性能得到一定提升，但吸油值没有得到明显改善；CN201410314226.9中使用钛酸酯偶联剂对硅灰石进行表面改性，但由于未添加其他增溶剂，改性效果并不明显；CN201310471472.0中使用铝酸酯偶联剂和聚乙二醇对硅灰石进行表面改性，在吸油值方面改性效果明显，但在实际应用中，对产品力学性能的改善并不明显；CN201611089751.0中使用马来酸酐聚丙烯对硅灰石进行表面改性，作为PP的填充材料，原料易得操作简便，但填充后的PP材料在力学性能上没有明显的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性硅灰石的制备方法，本发明提供的改性硅灰石与PP和橡胶材料结合能力得到提升，从而显著提高材料的力学性能，并降低其吸油值。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种改性硅灰石的制备方法，将硅灰石与钛酸酯偶联剂、硬脂酸和脂肪酸聚氧乙烯酯混合，改性反应得到无机改性硅灰石粉体。

优选地，所述钛酸酯偶联剂的质量为硅灰石质量的0.4～1.4％。

优选地，所述硬脂酸的质量为硅灰石质量的0.4～1.4％。

优选地，所述脂肪酸聚氧乙烯酯的质量为硅灰石质量的0.2～0.7％。

优选地，所述改性反应的温度为80～120℃。

优选地，所述改性反应的时间为5～45min。

优选地，所述改性反应在搅拌条件下进行；所述搅拌的速率为900～1500rpm。

本申请提供了所述制备方法制备的改性硅灰石。

本申请提供了所述改性硅灰石在PP和橡胶材料中的应用。

优选地，所述改性硅灰石在PP或橡胶材料中的填充量为10～30wt％。