專利名稱：具有改善塑料、橡膠耐磨性能的功能性填料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有改善塑料、橡膠耐磨性能的一種功能性填料及其制備方法。
技術(shù)背景
隨著塑料橡膠工業(yè)的快速發(fā)展，各種功能性塑料橡膠產(chǎn)品的檔次越來(lái)越高，需 求的量也越來(lái)越大，現(xiàn)有產(chǎn)品性能已經(jīng)不能滿足需求。具有高耐磨、超耐磨塑料橡膠的 產(chǎn)品及其原料，具有廣闊的應(yīng)用空間和市場(chǎng)前景，符合我國(guó)新材料市場(chǎng)的發(fā)展需求。
當(dāng)前，改善塑料、橡膠材料的耐磨性能，一般是選用耐磨性較好的高聚物樹(shù) 脂或在通用樹(shù)脂中添加耐磨性較好的樹(shù)脂和填料，如在PVC中加入聚氨酯可增強(qiáng)耐磨 性，但聚氨酯價(jià)格昂貴，而且所占共混比例很高才具有耐磨性，造成產(chǎn)品成本較高；在 PVC> PP>橡膠中添加普通填料如碳酸鈣、滑石粉、云母粉等，也可改善耐磨性，但由 于這些填料本身硬度不高，其耐磨改性效果有限；在PVC、PP,橡膠中添加碳酸鈣晶須 和硫酸鋇晶須可以改善耐磨性，因?yàn)榫ы毜奶厥饨Y(jié)構(gòu)，改性塑料橡膠的耐磨效果比普通 填料好，但仍有欠缺，晶須材料比較脆，在加工中易折斷，制造成產(chǎn)品后仍達(dá)不到對(duì)高 耐磨的要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有改善塑料、橡膠耐磨性能的功能性 填料及其制備方法，該填料添加到塑料或橡膠中能夠提高其耐磨性能，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單， 生產(chǎn)成本較低。
本發(fā)明一種具有改善塑料、橡膠耐磨性能的功能性填料，其特征在于以玉器加 工過(guò)程產(chǎn)生的碎屑為原料，經(jīng)過(guò)研磨細(xì)化，篩選、分級(jí)、干燥處理得到的硅酸鹽化合物 顆粒，該顆粒形態(tài)呈片狀結(jié)構(gòu)，粒徑在0.5-20微米之間，水分質(zhì)量含量小于0.4%，將該 硅酸鹽化合物顆粒與偶聯(lián)劑進(jìn)行活化處理得到功能性填料。
本發(fā)明功能性填料來(lái)自玉器加工過(guò)程產(chǎn)生的碎屑，由于它具有玉石結(jié)構(gòu)的高硬 度，且顆粒形態(tài)呈片狀結(jié)構(gòu)，本身比表面積較大，因此，是改性高聚物耐磨性能的優(yōu)選 材料，對(duì)該種礦物質(zhì)采用不同的偶聯(lián)劑進(jìn)行活化處理，以增強(qiáng)它與塑料或橡膠之間的界 面相容性。用該種活性功能填料改性的塑料或橡膠制品具有優(yōu)良的耐刮磨性能，所做物 料具有良好的加工性能且力學(xué)性能較高。主要應(yīng)用于對(duì)耐磨性要求較高的PVC塑料電線 電纜、橡膠輸送帶等行業(yè)。
利用該硅酸鹽化合物顆粒，在高速攪拌混合機(jī)中用不同活化處理劑(偶聯(lián)劑) 進(jìn)行不同目標(biāo)的偶聯(lián)處理，以滿足其在不同產(chǎn)品中的應(yīng)用。用于不同的高分子基料要求 采用不同的偶聯(lián)劑配方，具體如下用于軟、硬質(zhì)PVC中時(shí)，采用占功能性填料總質(zhì)量 (硅酸鹽化合物顆粒和偶聯(lián)劑的質(zhì)量和)的0.5-2.0%的硬脂酸+占功能性填料總質(zhì)量的 0.5-3.0%的鈦酸酯偶聯(lián)劑處理，優(yōu)選1.0%的硬脂酸+1.0%的鈦酸酯偶聯(lián)劑，活化處理后 定義為功能填料A。用于聚丙烯中時(shí)，采用占功能性填料總質(zhì)量的0.5-2.0%的硅烷偶聯(lián)劑，優(yōu)選KH-560型硅烷偶聯(lián)劑；用量?jī)?yōu)選1.0%，活化處理后定義為功能填料B。用于 丁腈橡膠中時(shí)，采用占功能性填料總質(zhì)量的0.5-2.0%的硬脂酸+占功能性填料總質(zhì)量的 0.5-3.0%的鋁鈦偶聯(lián)劑處理，優(yōu)選1.0%的硬脂酸+1.5%的鋁鈦偶聯(lián)劑，活化處理后定義 為功能填料C。
其中優(yōu)選的技術(shù)方案為
所述硅酸鹽化合物顆粒粒徑為5-7.5微米。
硅酸鹽化合物顆粒干燥方式可以采用熱風(fēng)沸騰床方式，可以采用熱烘箱干燥方 式，優(yōu)選熱風(fēng)沸騰床方式，干燥后水分含量范圍小于0.4%，優(yōu)選小于0.2%。
功能性填料通過(guò)以下方法進(jìn)行活化處理將硅酸鹽化合物顆粒按一定量稱取， 放入高速攪拌器中，再按一定的百分比稱取偶聯(lián)劑，攪拌轉(zhuǎn)速在1000 2000轉(zhuǎn)/分之 間，優(yōu)選1200 1500轉(zhuǎn)/分。攪拌時(shí)間5 20分鐘，優(yōu)選10 15分鐘。攪拌溫度 在30 150°C之間，優(yōu)選90 110°C。
本發(fā)明上述三種功能填料，由片狀硅酸鹽類礦物質(zhì)經(jīng)不同種類偶聯(lián)劑活化處理 而得，材料本身具有硬度高、比表面積大的特點(diǎn)，填料研磨細(xì)化，篩選、分級(jí)、干燥處 理的方法簡(jiǎn)單方便，工藝路線成熟，活化處理的設(shè)備投資少，制造方便，活化工藝容易 控制。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于(1)由于該類片狀硅酸鹽材料來(lái)源于玉器加工過(guò)程產(chǎn)生的碎 屑，進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)用做功能性填充改性劑使用，可以提高這些廢棄物的應(yīng)用價(jià)值，變廢 為寶，并有效減少環(huán)境污染。( 本發(fā)明的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低，有著明顯的價(jià) 格優(yōu)勢(shì)，因此會(huì)有較好的市場(chǎng)前景。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 : 一種用于軟、硬質(zhì)PVC的功能性填料A的制備。
將硅酸鹽化合物顆粒按一定量稱取，放入高速攪拌器中，再加入占功能性填料 總質(zhì)量的1.0%的硬脂酸+占功能性填料總質(zhì)量的1.0%的鈦酸酯作為活化偶聯(lián)劑，攪拌轉(zhuǎn) 速1200 1500轉(zhuǎn)/分，攪拌10 15分鐘。攪拌溫度100°C。
實(shí)施例2 一種用于聚丙烯的功能性填料B的制備。
將硅酸鹽化合物顆粒按一定量稱取，放入高速攪拌器中，再加入占功能性填料 總質(zhì)量的1.0%的KH-560型硅烷偶聯(lián)劑，攪拌轉(zhuǎn)速1200 1500轉(zhuǎn)/分，攪拌10 15 分鐘。攪拌溫度90°C。
實(shí)施例3 一種用于丁腈橡膠的功能性填料C的制備。
將硅酸鹽化合物顆粒按一定量稱取，放入高速攪拌器中，再加入占功能性填料 總質(zhì)量的1.0%的硬脂酸+占功能性填料總質(zhì)量的1.5%的鋁鈦偶聯(lián)劑(市售產(chǎn)品)，攪拌 轉(zhuǎn)速1200 1500轉(zhuǎn)/分，攪拌10 15分鐘。攪拌溫度110°C。
偶聯(lián)劑的量在本發(fā)明所述的范圍內(nèi)變化均不會(huì)影響到其效果，制備方法相同。
以下實(shí)施例為三種功能填料應(yīng)用的具體實(shí)施方式
。各份數(shù)為質(zhì)量份數(shù)。
實(shí)施例4:
PVC (聚合度1000) 100 份
DOP50 份
鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑 5.5份
硬脂酸0.3份
陶土10份
功能填料A15份
實(shí)施例5
PP100份
抗氧劑B2250.3份
抗氧劑DLTDP0.3份
功能填料B15份
實(shí)施例6
粉末丁腈橡膠100份
硫化劑DCP0.14
硬脂酸0.5份
氧化鋅0.5份
抗氧劑10760.3份
抗氧劑DLTDP0.3份
功能填料C10份
比較例1
PVC (聚合度1000) 100 份
DOP50份
鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑 5.5份
硬脂酸0.3份
陶土10份
硫酸鋇晶須15份
比較例2
PPLOO份
抗氧劑B2250.3份
抗氧劑DLTDP0.3份
滑石粉(3000目) 15份
比較例3
粉末丁腈橡膠100份
硫化劑DCP0.14 份
硬脂酸0.5份
氧化鋅0.5份
抗氧劑10760.3份
抗氧劑DLTDP0.3份
白炭黑10份
實(shí)施例4和比較例1的樣品制備方法
按原料配比先將PVC與潤(rùn)滑劑、熱穩(wěn)定劑放入高低攪混合器中進(jìn)行低速攪拌，在攪拌過(guò)程中分三次將增塑劑加入，后再進(jìn)行高攪3-10分鐘，再加入功能性填料A(實(shí)施例4)或耐磨改性劑硫酸鋇晶須(比較例1)攪拌1 3分鐘，出料到低速冷卻高攪中冷 卻，放料時(shí)控制共混溫度不要超過(guò)50°C。將混好的料在平行雙螺桿擠出機(jī)上擠出造粒， 控制擠出機(jī)各區(qū)溫度為100-140°C，螺桿轉(zhuǎn)速在50 80轉(zhuǎn)/分。
實(shí)施例5和比較例2的樣品制備方法
按原料配比將各組分秤好后，將雙輥開(kāi)煉機(jī)升溫到160_170°C，先將PP放入雙 輥開(kāi)煉機(jī)上混煉，待物料完全熔融塑化后再加入抗氧劑與PP混煉均勻，然后再加入填料 混煉6-8分鐘，待各相均勻后出片，冷卻到室溫后用粉碎機(jī)粉碎成直徑3-5毫米的顆粒。 實(shí)施例6和比較例3的樣品制備方法
按原料配比將各組分秤好后，將雙輥開(kāi)煉機(jī)升溫到130_140°C，先將粉末NBR 放入雙輥開(kāi)煉機(jī)上混煉，待物料完全熔融塑化后再加入硫化劑、抗氧劑等與粉末NBR混 煉均勻，然后再加入填料混煉6-8分鐘，待各相均勻后出片，冷卻到室溫后在185°C的平 板硫化機(jī)上硫化成4毫米片材。
將上述兩種粒料注塑或模壓制成標(biāo)準(zhǔn)樣條，實(shí)施例6和比較例3的樣片也制成標(biāo) 準(zhǔn)樣條進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。(耐磨性能的測(cè)試是用江蘇明珠實(shí)驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)的 MZ-4062型往復(fù)式摩擦試驗(yàn)機(jī)，采用自己建立的方法，固定摩擦次數(shù)，稱量摩擦掉的樣 品的重量，以克表示。數(shù)值越大耐磨性越差。)
表1汽車用電線電纜軟聚氯乙烯塑料的耐磨性能
權(quán)利要求
1.一種具有改善塑料、橡膠耐磨性能的功能性填料，其特征在于以玉器加工過(guò)程產(chǎn) 生的碎屑為原料，經(jīng)過(guò)研磨細(xì)化，篩選、分級(jí)、干燥處理得到的硅酸鹽化合物顆粒，該 顆粒形態(tài)呈片狀結(jié)構(gòu)，粒徑在0.5-20微米之間，水分質(zhì)量含量小于0.4%，將該硅酸鹽化 合物顆粒與偶聯(lián)劑進(jìn)行活化處理得到功能性填料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能性填料，其特征在于所述硅酸鹽化合物顆粒粒徑為 5-7.5微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能性填料，其特征在于為一種用于軟、硬質(zhì)PVC的功能 性填料，偶聯(lián)劑為占功能性填料總質(zhì)量的0.5-2.0%的硬脂酸和0.5-3.0%的鈦酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功能性填料，其特征在于所述偶聯(lián)劑采用1.0%的硬脂酸和 1.0%的鈦酸酯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能性填料，其特征在于為一種用于聚丙烯的功能性填料， 偶聯(lián)劑采用占功能性填料總質(zhì)量的0.5-2.0%的硅烷偶聯(lián)劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的功能性填料，其特征在于所述偶聯(lián)劑為KH-560型硅烷偶聯(lián) 劑，用量?jī)?yōu)選1.0%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功能性填料，其特征在于為一種用于丁腈橡膠的功能性填 料，偶聯(lián)劑采用占功能性填料總質(zhì)量的0.5-2.0%的硬脂酸和0.5-3.0%的鋁鈦偶聯(lián)劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功能性填料，其特征在于所述偶聯(lián)劑采用1.0%的硬脂酸和 1.5%的鋁鈦偶聯(lián)劑。
9.一種制備權(quán)利要求1 8之一所述的具有改善塑料、橡膠耐磨性能的功能性填料的 方法，其特征在于將硅酸鹽化合物顆粒按一定量稱取，放入高速攪拌器中，再按一定的 百分比稱取偶聯(lián)劑，攪拌轉(zhuǎn)速在1000 2000轉(zhuǎn)/分之間，攪拌時(shí)間5 20分鐘，攪拌 溫度在30 150°C之間進(jìn)行活化處理得到。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于攪拌轉(zhuǎn)速為1200 1500轉(zhuǎn)/分， 攪拌時(shí)間10 15分鐘，攪拌溫度為90 110°C。
全文摘要
一種具有改善塑料、橡膠耐磨性能的功能性填料，其特征在于以玉器加工過(guò)程產(chǎn)生的碎屑為原料，經(jīng)過(guò)研磨細(xì)化，篩選、分級(jí)、干燥處理得到的硅酸鹽化合物顆粒，該顆粒形態(tài)呈片狀結(jié)構(gòu)，粒徑在0.5-20微米之間，水分質(zhì)量含量小于0.4％，將該硅酸鹽化合物顆粒與偶聯(lián)劑進(jìn)行活化處理得到功能性填料。用該種功能填料改性的塑料或橡膠制品具有優(yōu)良的耐刮磨性能，所做物料具有良好的加工性能且力學(xué)性能較高。主要應(yīng)用于對(duì)耐磨性要求較高的PVC塑料電線電纜、橡膠輸送帶等行業(yè)。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)還在于提高了玉器加工過(guò)程產(chǎn)生的碎屑的應(yīng)用價(jià)值，變廢為寶，并有效減少環(huán)境污染；生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低。
文檔編號(hào)C08L27/06GK102020782SQ20091001897
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者劉容德, 劉浩, 孫麗朋, 李靜, 桂俊杰, 王晶, 王秀麗, 程志凌, 賈小波 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司