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纳米碳酸钙与硅酮胶——在这些表面处理剂的“撮合”下变得“如胶似漆”!
2021/08/27 点击 8189 次

中国粉体网讯  纳米碳酸钙作为一种性能稳定、易加工的新型功能性无机材料,被广泛应用于橡胶、硅酮密封胶、塑料、涂料、油墨及造纸等行业。其超细的粒径及高比表面积,使得其具有一般无机填料所没有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应及宏观量子效应;应用于硅酮胶中既可以降低成本,也能赋予硅酮胶良好的补强、粘结、流动和触变性能。

 


青州宇信 硅酮胶用纳米碳酸钙

 

不过,纳米CaCO3直接应用于有机材料中还不能充分发挥自身优势,存在以下两种缺陷:一是,纳米CaCO3的表面自由能较大,由分子间力、静电作用和氢键等因素易引起CaCO3粉末的团聚;二是,纳米CaCO3表面有一定量导致其呈强碱性的羟基官能团,因而与聚合物之间的亲和性变差,颗粒之间易发生团聚而使纳米CaCO3在高聚物中的分散极不均匀,进而使CaCO3和高聚物间产生界面缺陷,导致密封胶的力学性能下降。

 

而经过表面改性处理的纳米碳酸钙,其晶型、粒径、比表面积、疏水性、流动性等指标被有效“控制”,可使硅酮胶制品获得优良的触变性、黏接性、抗老化性和拉伸性等优异性能。例如,经脂肪酸表面改性的纳米碳酸钙表面由亲水变为疏水,表面势能降低,极大改善了与有机材料之间的相容性和润湿性,应用于硅酮密封胶可解决易流淌、挤出性差、强度低等填充普通碳酸钙后出现的缺陷。

 

对硅酮胶而言,采用不同的表面处理剂处理纳米碳酸钙,能得到性能不同的产品;纳米碳酸钙的指标始终与制品性能相互作用。

 

一、硅酮胶用纳米碳酸钙表面处理剂的选择

 

1软脂酸钠

 

可以降低碳酸钙吸油值,增加基胶的稠度,提高硅酮胶挤出性,降低了强度,而提高了伸长率。

 

2偶联剂

 

提高碳酸钙吸油值,降低基胶稠度,降低挤出性,提高了强度,而降低了伸长率。

 

潘熙宝等通过预处理的改性方式,将传统的硅烷偶联剂成功用于碳酸钙的表面改性,从而改善纳米碳酸钙在硅酮密封胶中的分散性,使后者在流变性能、力学性能和粘结性能方面均有不俗的表现。此外,随着改性剂中胺基官能团数量的增加,密封胶在耐水粘结性能方面的表现更为出色。

 

3硬脂酸钠与偶联剂复合改性剂

 

可以提高强度与伸长率,不同的表面处理剂处理纳米碳酸钙,得到性能不同的密封胶。

 

4晶型控制剂

 

据刘亚雄实验研究,以甘氨酸、硫酸锌、柠檬酸、六偏磷酸钠四种不同晶型控制剂处理纳米碳酸钙。其中采用甘氨酸为晶形控制剂的A试验,其粒度最小,吸油值最低,比表面积最大,制备的胶稠度在合理的范围内,下垂度小,成品胶的拉伸强度高,断裂伸长率大。晶形控制剂的效果依次为甘氨酸>硫酸锌>柠檬酸>六偏磷酸钠。

 

二、硅酮胶性能与碳酸钙粉体性质

 

1降低水分——改善固化性

 

纳米CaCO3结晶水含量是影响硅酮密封胶固化性能的一个关键因素。CaCO3的颗粒表面具有亲水疏油性,且极性相当高,易与极性水分子相结合而增加其结晶水含量,因此所制得的胶体表干时间较长,固化较慢;油酸对纳米CaCO3进行表面改性后,其表面呈亲油疏水性,从而降低纳米CaCO3粉体的结晶水含量,进而缩短表干时间、改善固化性能。

 

2提高分散性——改善伸长性

 

纳米CaCO3进行表面改性处理,减小了纳米CaCO3颗粒的表面能,提高了其分散性,进而加大其与高聚物的亲和性,同时克服了共混时因生热而引起的粘混现象,故拉伸伸长性能明显改善。

 

3增大比表面积——改善强度和伸长率

 

增加晶形控制剂的用量,可以提高纳米碳酸钙的比表面积,增大拉伸强度和伸长率,比表面积控制在合适的范围时,具有良好的分散性、强度和伸长率等。

 

4规整形貌——增加弹性和伸长率

 

纳米碳酸钙晶形为棒形、纺形、柱形、片状时分散性不好,具有较高的吸油值,密封胶的粘度大,弹性差,伸长率差;纳米碳酸钙晶形为立方体和菱形时分散性良好,粒子很规整,具有较低的吸油值,可以提高密封胶的拉伸强度和伸长率。

 

结语

 

随着社会的进步与发展,大型玻璃幕墙的普及和使用,汽车人均占有率不断提高,以及工业的发展进步,硅酮胶销量和需求已经形成稳定规模。从总体上看,低端硅酮胶将不断地被市场淘汰,取而代之的是更加符合环保要求的,高质量高性价比的高端硅酮胶产品。

 

因此,像纳米碳酸钙这类高性价比的,且具备补强效果或功能性的填加物料的应用会越来越广泛,不仅量的需求会稳步增长,针对性的功能化需求势必是产业长期稳定的增长点。

 

参考来源

刘亚雄,等:纳米碳酸钙在密封胶中的应用研究,青州宇信钙业股份有限公司

景亭,等:改性纳米碳酸钙用于硅酮胶挤出性研究,山西兰花华明纳米材料股份有限公司

潘熙宝,等:不同胺基硅烷偶联剂在纳米碳酸钙改性中的应用及其对硅酮胶性能的影响,连州市凯恩斯纳米材料有限公司

尚梦,等:纳米碳酸钙的改性及其在硅酮胶中的应用,广东阜和实业有限公司

(来源:中国粉体网)


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