CN102020782B

CN102020782B - 具有改善塑料、橡胶耐磨性能的功能性填料及其制备方法

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Publication number: CN102020782B
Application number: CN2009100189737A
Authority: CN
Inventors: 李静; 王晶; 程志凌; 刘容德; 贾小波; 刘浩; 桂俊杰; 孙丽朋; 王秀丽
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2009-09-22
Filing date: 2009-09-22
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2029-09-22
Also published as: CN102020782A

Abstract

一种具有改善塑料、橡胶耐磨性能的功能性填料，其特征在于以玉器加工过程产生的碎屑为原料，经过研磨细化，筛选、分级、干燥处理得到的硅酸盐化合物颗粒，该颗粒形态呈片状结构，粒径在0.5-20微米之间，水分质量含量小于0.4％，将该硅酸盐化合物颗粒与偶联剂进行活化处理得到功能性填料。用该种功能填料改性的塑料或橡胶制品具有优良的耐刮磨性能，所做物料具有良好的加工性能且力学性能较高。主要应用于对耐磨性要求较高的PVC塑料电线电缆、橡胶输送带等行业。本发明的优势还在于提高了玉器加工过程产生的碎屑的应用价值，变废为宝，并有效减少环境污染；生产工艺简单，生产成本较低。

Description

具有改善塑料、橡胶耐磨性能的功能性填料及其制备方法

技术领域

本发明涉及具有改善塑料、橡胶耐磨性能的一种功能性填料及其制备方法。

背景技术

随着塑料橡胶工业的快速发展，各种功能性塑料橡胶产品的档次越来越高，需求的量也越来越大，现有产品性能已经不能满足需求。具有高耐磨、超耐磨塑料橡胶的产品及其原料，具有广阔的应用空间和市场前景，符合我国新材料市场的发展需求。

当前，改善塑料、橡胶材料的耐磨性能，一般是选用耐磨性较好的高聚物树脂或在通用树脂中添加耐磨性较好的树脂和填料，如在PVC中加入聚氨酯可增强耐磨性，但聚氨酯价格昂贵，而且所占共混比例很高才具有耐磨性，造成产品成本较高；在PVC、PP、橡胶中添加普通填料如碳酸钙、滑石粉、云母粉等，也可改善耐磨性，但由于这些填料本身硬度不高，其耐磨改性效果有限；在PVC、PP、橡胶中添加碳酸钙晶须和硫酸钡晶须可以改善耐磨性，因为晶须的特殊结构，改性塑料橡胶的耐磨效果比普通填料好，但仍有欠缺，晶须材料比较脆，在加工中易折断，制造成产品后仍达不到对高耐磨的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有改善塑料、橡胶耐磨性能的功能性填料及其制备方法，该填料添加到塑料或橡胶中能够提高其耐磨性能，生产工艺简单，生产成本较低。

本发明一种具有改善塑料、橡胶耐磨性能的功能性填料，其特征在于以玉器加工过程产生的碎屑为原料，经过研磨细化，筛选、分级、干燥处理得到的硅酸盐化合物颗粒，该颗粒形态呈片状结构，粒径在0.5-20微米之间，水分质量含量小于0.4％，将该硅酸盐化合物颗粒与偶联剂进行活化处理得到功能性填料。

本发明功能性填料来自玉器加工过程产生的碎屑，由于它具有玉石结构的高硬度，且颗粒形态呈片状结构，本身比表面积较大，因此，是改性高聚物耐磨性能的优选材料，对该种矿物质采用不同的偶联剂进行活化处理，以增强它与塑料或橡胶之间的界面相容性。用该种活性功能填料改性的塑料或橡胶制品具有优良的耐刮磨性能，所做物料具有良好的加工性能且力学性能较高。主要应用于对耐磨性要求较高的PVC塑料电线电缆、橡胶输送带等行业。

利用该硅酸盐化合物颗粒，在高速搅拌混合机中用不同活化处理剂(偶联剂)进行不同目标的偶联处理，以满足其在不同产品中的应用。用于不同的高分子基料要求采用不同的偶联剂配方，具体如下：用于软、硬质PVC中时，采用占功能性填料总质量(硅酸盐化合物颗粒和偶联剂的质量和)的0.5-2.0％的硬脂酸+占功能性填料总质量的0.5-3.0％的钛酸酯偶联剂处理，优选1.0％的硬脂酸+1.0％的钛酸酯偶联剂，活化处理后定义为功能填料A。用于聚丙烯中时，采用占功能性填料总质量的0.5-2.0％的硅烷偶联剂，优选KH-560型硅烷偶联剂；用量优选1.0％，活化处理后定义为功能填料B。用于丁腈橡胶中时，采用占功能性填料总质量的0.5-2.0％的硬脂酸+占功能性填料总质量的0.5-3.0％的铝钛偶联剂处理，优选1.0％的硬脂酸+1.5％的铝钛偶联剂，活化处理后定义为功能填料C。

其中优选的技术方案为：

所述硅酸盐化合物颗粒粒径为5-7.5微米。

硅酸盐化合物颗粒干燥方式可以采用热风沸腾床方式，可以采用热烘箱干燥方式，优选热风沸腾床方式，干燥后水分含量范围小于0.4％，优选小于0.2％。

功能性填料通过以下方法进行活化处理：将硅酸盐化合物颗粒按一定量称取，放入高速搅拌器中，再按一定的百分比称取偶联剂，搅拌转速在1000～2000转/分之间，优选1200～1500转/分。搅拌时间5～20分钟，优选10～15分钟。搅拌温度在30～150℃之间，优选90～110℃。

本发明上述三种功能填料，由片状硅酸盐类矿物质经不同种类偶联剂活化处理而得，材料本身具有硬度高、比表面积大的特点，填料研磨细化，筛选、分级、干燥处理的方法简单方便，工艺路线成熟，活化处理的设备投资少，制造方便，活化工艺容易控制。本发明的优势在于：(1)由于该类片状硅酸盐材料来源于玉器加工过程产生的碎屑，进行研究开发用做功能性填充改性剂使用，可以提高这些废弃物的应用价值，变废为宝，并有效减少环境污染。(2)本发明的生产工艺简单，生产成本较低，有着明显的价格优势，因此会有较好的市场前景。

具体实施方式

实施例1：一种用于软、硬质PVC的功能性填料A的制备。

将硅酸盐化合物颗粒按一定量称取，放入高速搅拌器中，再加入占功能性填料总质量的1.0％的硬脂酸+占功能性填料总质量的1.0％的钛酸酯作为活化偶联剂，搅拌转速1200～1500转/分，搅拌10～15分钟。搅拌温度100℃。

实施例2：一种用于聚丙烯的功能性填料B的制备。

将硅酸盐化合物颗粒按一定量称取，放入高速搅拌器中，再加入占功能性填料总质量的1.0％的KH-560型硅烷偶联剂，搅拌转速1200～1500转/分，搅拌10～15分钟。搅拌温度90℃。

实施例3：一种用于丁腈橡胶的功能性填料C的制备。

将硅酸盐化合物颗粒按一定量称取，放入高速搅拌器中，再加入占功能性填料总质量的1.0％的硬脂酸+占功能性填料总质量的1.5％的铝钛偶联剂(市售产品)，搅拌转速1200～1500转/分，搅拌10～15分钟。搅拌温度110℃。

偶联剂的量在本发明所述的范围内变化均不会影响到其效果，制备方法相同。

以下实施例为三种功能填料应用的具体实施方式。各份数为质量份数。

实施例4：

PVC(聚合度：1000) 100份

DOP 50份

钙锌复合稳定剂 5.5份

硬脂酸 0.3份

陶土 10份

功能填料A 15份

实施例5

PP 100份

抗氧剂B225 0.3份

抗氧剂DLTDP 0.3份

功能填料B 15份

实施例6

粉末丁腈橡胶 100份

硫化剂DCP 0.14

硬脂酸 0.5份

氧化锌 0.5份

抗氧剂1076 0.3份

抗氧剂DLTDP 0.3份

功能填料C 10份

比较例1

PVC(聚合度：1000) 100份

DOP 50份

钙锌复合稳定剂 5.5份

硬脂酸 0.3份

陶土 10份

硫酸钡晶须 15份

比较例2

PP 100份

抗氧剂B225 0.3份

抗氧剂DLTDP 0.3份

滑石粉(3000目) 15份

比较例3

粉末丁腈橡胶 100份

硫化剂DCP 0.14份

硬脂酸 0.5份

氧化锌 0.5份

抗氧剂1076 0.3份

抗氧剂DLTDP 0.3份

白炭黑 10份

实施例4和比较例1的样品制备方法：

按原料配比先将PVC与润滑剂、热稳定剂放入高低搅混合器中进行低速搅拌，在搅拌过程中分三次将增塑剂加入，后再进行高搅3-10分钟，再加入功能性填料A(实施例4)或耐磨改性剂硫酸钡晶须(比较例1)搅拌1～3分钟，出料到低速冷却高搅中冷却，放料时控制共混温度不要超过50℃。将混好的料在平行双螺杆挤出机上挤出造粒，控制挤出机各区温度为100-140℃，螺杆转速在50～80转/分。

实施例5和比较例2的样品制备方法：

按原料配比将各组分秤好后，将双辊开炼机升温到160-170℃，先将PP放入双辊开炼机上混炼，待物料完全熔融塑化后再加入抗氧剂与PP混炼均匀，然后再加入填料混炼6-8分钟，待各相均匀后出片，冷却到室温后用粉碎机粉碎成直径3-5毫米的颗粒。

实施例6和比较例3的样品制备方法：

按原料配比将各组分秤好后，将双辊开炼机升温到130-140℃，先将粉末NBR放入双辊开炼机上混炼，待物料完全熔融塑化后再加入硫化剂、抗氧剂等与粉末NBR混炼均匀，然后再加入填料混炼6-8分钟，待各相均匀后出片，冷却到室温后在185℃的平板硫化机上硫化成4毫米片材。

将上述两种粒料注塑或模压制成标准样条，实施例6和比较例3的样片也制成标准样条进行性能测试，结果见表1。(耐磨性能的测试是用江苏明珠实验仪器厂生产的MZ-4062型往复式摩擦试验机，采用自己建立的方法，固定摩擦次数，称量摩擦掉的样品的重量，以克表示。数值越大耐磨性越差。)

表1 汽车用电线电缆软聚氯乙烯塑料的耐磨性能

性能	实施例4	实施例5	实施例6
				耐磨性能(g)	1.058	3.665	0.132
拉伸强度(Mpa)	15.2	23.1	9.7
				断裂伸长率(％)	390	810	388

三个比较例的测试结果见表2所示。

表2 汽车用电线电缆软聚氯乙烯塑料的耐磨性能

性能	比较例1	比较例2	比较例3
				耐磨性能(g)	2.336	5.012	0.258
拉伸强度(Mpa)断裂伸长率(％)	14.8397	21.8566	8.1362

上述比较例的不同在于：与相对应的实施例相比，比较例1用硫酸钡晶须作为耐磨改性剂，比较例2用滑石粉作为耐磨改性剂，比较例3用白炭黑作为耐磨改性剂。从表2的测试结果可以看出，三个比较例的耐磨性测定结果都低于相应的实施例。说明本发明所用硅酸盐类矿物质的耐磨改性剂，耐磨性能优异。

通过比较可以发现：本发明的优点在于发现了一种具有玉石结构的片状硅酸盐类矿物质，利用其颗粒的结构和形态特点，采用不同的偶联剂处理，来分别改善PVC、PP、粉末NBR的耐磨性，有效提高了不同材料的抗耐磨能力。

Claims

1.一种用于软、硬质PVC的功能性填料，其特征在于以玉器加工过程产生的碎屑为原料，经过研磨细化，筛选、分级、干燥处理得到的硅酸盐化合物颗粒，该颗粒形态呈片状结构，粒径在0.5-20微米之间，水分质量含量小于0.4％，将该硅酸盐化合物颗粒与偶联剂进行活化处理得到功能性填料，所述偶联剂为占功能性填料总质量的0.5-2.0％的硬脂酸和0.5-3.0％的钛酸酯，活化处理方法为：

将硅酸盐化合物颗粒按一定量称取，放入高速搅拌器中，再按一定的百分比称取偶联剂，搅拌转速在1000～2000转/分之间，搅拌时间5～20分钟，搅拌温度在30～150℃之间进行活化处理得到。

2.根据权利要求1所述的功能性填料，其特征在于所述硅酸盐化合物颗粒粒径为5-7.5微米。

3.根据权利要求1所述的功能性填料，其特征在于所述偶联剂采用1.0％的硬脂酸和1.0％的钛酸酯。

4.根据权利要求1所述的功能性填料，其特征在于所述搅拌转速为1200～1500转/分，搅拌时间10～15分钟，搅拌温度为90～110℃。

5.一种用于聚丙烯的功能性填料，其特征在于以玉器加工过程产生的碎屑为原料，经过研磨细化，筛选、分级、干燥处理得到的硅酸盐化合物颗粒，该颗粒形态呈片状结构，粒径在0.5-20微米之间，水分质量含量小于0.4％，将该硅酸盐化合物颗粒与偶联剂进行活化处理得到功能性填料，所述偶联剂采用占功能性填料总质量的0.5-2.0％的硅烷偶联剂，活化处理方法为：

6.根据权利要求5所述的功能性填料，其特征在于所述偶联剂为KH-560型硅烷偶联剂，用量为1.0％。

7.根据权利要求5所述的功能性填料，其特征在于所述搅拌转速为1200～1500转/分，搅拌时间10～15分钟，搅拌温度为90～110℃。

8.一种用于丁腈橡胶的功能性填料，其特征在于以玉器加工过程产生的碎屑为原料，经过研磨细化，筛选、分级、干燥处理得到的硅酸盐化合物颗粒，该颗粒形态呈片状结构，粒径在0.5-20微米之间，水分质量含量小于0.4％，将该硅酸盐化合物颗粒与偶联剂进行活化处理得到功能性填料，所述偶联剂采用占功能性填料总质量的0.5-2.0％的硬脂酸和0.5-3.0％的铝钛偶联剂，活化处理方法为：

9.根据权利要求8所述的功能性填料，其特征在于所述偶联剂采用1.0％的硬脂酸和1.5％的铝钛偶联剂。

10.根据权利要求8所述的功能性填料，其特征在于所述搅拌转速为1200～1500转/分，搅拌时间10～15分钟，搅拌温度为90～110℃。