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表面改性對(duì)無(wú)機(jī)填料分散性能的影響及表征

表面改性對(duì)無(wú)機(jī)填料分散性能的影響及表征
東超  2024-11-13  |  閱讀:993


       無(wú)機(jī)填料作為一種重要的功能性材料,被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,無(wú)機(jī)填料本身的表面特性往往限制了其在復(fù)合材料中的有效分散和應(yīng)用,。為了提高無(wú)機(jī)填料的綜合性能,表面改性技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,。通過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)填料進(jìn)行表面改性,,可以改善其與基體材料的相容性,從而提高復(fù)合材料的整體性能,。


表面改性表征方法大體上可以分為直接法和間接法,。

       所謂直接法就是通過(guò)測(cè)定表面改性后填料的表面物理化學(xué)性質(zhì),如表面潤(rùn)濕性,、表面能,、在極性/非極性介質(zhì)中的分散性、表面改性劑的包覆量,、表面結(jié)構(gòu),、形貌和表面化學(xué)組成等來(lái)表征改性的效果。  

      間接法就是通過(guò)測(cè)定表面改性后填料在確定應(yīng)用領(lǐng)域中的應(yīng)用性能,。由于填料表面改性的目的性很強(qiáng),,因此,間接法對(duì)于填料表面改性效果的評(píng)價(jià)非常重要,。


   (1)潤(rùn)濕接觸角

接觸角是潤(rùn)濕性的主要阿判據(jù),,固體物料在水中的接觸角越大,疏水性越好,。盡管測(cè)定接觸角的方法很多,,如角度測(cè)量法、長(zhǎng)度測(cè)量法,、毛細(xì)管滲透速度法等,,但是由于很難找到完全干凈的表面以及潤(rùn)濕接觸角的滯后現(xiàn)象,難以準(zhǔn)確測(cè)定出接觸角。因此,,在研究中可采用一些簡(jiǎn)便方法來(lái)測(cè)定試樣的疏水性或潤(rùn)濕性,,如透水速度。

潤(rùn)濕接觸角.jpg

   (2)活化指數(shù)

       無(wú)機(jī)填料一般相對(duì)密度較大,,而且表面呈極性狀態(tài),,在水中自然沉降;而經(jīng)表面改性處理的無(wú)機(jī)填料,,表面由極性變?yōu)榉菢O性,,對(duì)水呈現(xiàn)較弱的非浸潤(rùn)性。這種非浸潤(rùn)性的細(xì)小顆粒,,由于巨大的表面張力,,在水中漂浮不沉。根據(jù)這一現(xiàn)象,,提出“活化指數(shù)”的概念,,用H表示,其含義用下式表示:H=樣品中漂浮部分的重量(g)/樣品總重量(g),。

活化指數(shù).jpg

        H由0-1.0的變化過(guò)程,,反映出填料粉體表面活化程度由小至大。表面改性劑的用量可參考“活化指數(shù)”來(lái)確定,。所謂最佳用量,,即表面改性劑在填料顆粒表面上,覆蓋單分子層的用量,,大于此用量,,將形成多層物理吸附的界面薄弱層,從而引起填充物的強(qiáng)度下降,;低于此用量,,則填料顆粒表面處理不完全,反映在活化指數(shù)的變化曲線上,,如上圖所示,。


(3)粒度分布與顆粒形貌

填料表面改性后粒度大小和分布的變化,能夠反映改性過(guò)程中粒子是否發(fā)生團(tuán)聚,,特別是是否發(fā)生了硬團(tuán)聚,,因?yàn)閳F(tuán)聚將會(huì)影響改性后填料的應(yīng)用性能。當(dāng)前測(cè)定填料粉體粒度及其分布的主要儀器有沉降式,、激光粒度分析儀,,庫(kù)爾特計(jì)數(shù)器及用于測(cè)定比表面積的透過(guò)法和BET法。


關(guān)于粒徑測(cè)量: 對(duì)于疏水性的改性劑,測(cè)量粒度分布時(shí)可使用乙醇為分散媒介,。

粒度分布與顆粒形貌.jpg

需要說(shuō)明的是,,由于各種粒度測(cè)試儀器,、方法的物理基礎(chǔ)不同,相同樣品測(cè)得的粒度的物理意義和粒度大小及其分布也不盡相同,,因此在用粒度大小和分布來(lái)表征改性效果時(shí),,一定要采用相同的方法和儀器。



(4)吸附類型及包覆量

      吸附類型可通過(guò)脂肪提取器(帶電動(dòng)攪拌和回流冷凝裝置的三口燒瓶)或熱水洗滌來(lái)測(cè)定,。在填料粉體顆粒表面化學(xué)吸附的表面改性劑分子比物理吸附牢固,在強(qiáng)烈攪拌或與其他組分混合時(shí)不易脫落,,采用脂肪提取器時(shí),,在一定時(shí)間內(nèi),甲苯提取量越大,,說(shuō)明物理吸附越多,,在吸附表面所占的比例越大?!?/p>


     包覆量是指一定質(zhì)量的填料粉體表面所吸附的表面改性劑的質(zhì)量,,用%或者mg/g表示。另外,,國(guó)內(nèi)外應(yīng)用漫反射紅外傅立葉轉(zhuǎn)換光譜法定量分析包覆無(wú)機(jī)粉體填料方面也取得了一些進(jìn)展,。




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