１鋯類偶聯(lián)劑的性能甲基丙烯酰氧基鋯偶聯(lián)劑是通過聚鋁和丙二醇在適當(dāng)?shù)臈l件下合成得鋁的鰲合物,其次再同鋯鹽反應(yīng)生成鋁鋯鰲合物,最后引入有機(jī)官能團(tuán)甲基丙烯酰氧基配位體。確切地講,鋯類偶聯(lián)劑是由鋯骨架、鋁骨架及有機(jī)官能團(tuán)配位體３部分組成。從理論上分析,這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使它具有下面一系列優(yōu)良的性能。(１)它能穩(wěn)定地與無機(jī)表面或金屬表面實(shí)現(xiàn)化學(xué)結(jié)合。金屬中心(Ｚｒ、Ａｌ)上結(jié)合著具有活性的羥基,這種羥基可通過縮水合作用與羥基化的無機(jī)表面以共價(jià)鍵或氫鍵結(jié)合。(２)無機(jī)特性百分率高。該偶聯(lián)劑組分大部分來源于無機(jī)填料,因此它具有高的無機(jī)特性百分率(無機(jī)物含量／活性物含量%26times;１００%)。鋯類偶聯(lián)劑為７５%,硅烷偶聯(lián)劑為４０%以下,鈦酸酯偶聯(lián)劑為１５%以下。(３)有機(jī)官能團(tuán)能與聚合物反應(yīng)。
２性能測試及應(yīng)用試驗(yàn)
２．１原料及儀器（１）原料:Ａｌ(ＯＨ)３,牙膏級(jí),山東鋁廠生產(chǎn);ＣａＣＯ３,工業(yè)一級(jí),河北唐山東礦化工廠生產(chǎn);鋯類偶聯(lián)劑自制;正庚烷,工業(yè)級(jí)。（２）儀器和設(shè)備:高速攪拌機(jī)１臺(tái);ＮＤＪ-１型轉(zhuǎn)子粘度計(jì);計(jì)時(shí)表數(shù)個(gè);１０支帶刻度的玻璃管。
２．２接觸角測試接觸角即為當(dāng)一滴液體與固體平面相接觸,三相平衡時(shí)固液-液氣界面的夾角為粉體潤濕性的量度。用Ｃｒｏｗｌ提出的滲透速度法直接測定粉體的接觸角,即考察一定時(shí)間液體滲入玻璃管內(nèi)粉體柱的長度。本實(shí)驗(yàn)分別以正庚烷和水作為滲透液。若對(duì)正庚烷的接觸角變小及對(duì)水變大,是改性成功的標(biāo)志。其計(jì)算公式如下Ｌ２／ｔ＝%26gamma;ＬＶ%26middot;ｃｏｓ%26theta;%26middot;%26gamma;／２%26eta;（１）式中,Ｌ是液面潤濕高度,ｃｍ;ｔ是與液面潤濕高度對(duì)應(yīng)的時(shí)間,ｓ；%26gamma;ＬＶ、%26eta;為物性常數(shù);%26gamma;為ｃｏｓ%26theta;＝１時(shí)的值。（１）正庚烷-Ａｌ（ＯＨ）３用正庚烷做滲透液時(shí),改性前后Ａｌ(ＯＨ)３接觸角變化的測試結(jié)果見表１。
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(１)式,則得經(jīng)該類偶聯(lián)劑處理的Ａｌ(ＯＨ)３的接觸角為:ｃｏｓ%26theta;＝１．００２,即%26theta;＝０%26deg;;未經(jīng)該類偶聯(lián)劑處理的Ａｌ(ＯＨ)３的接觸角為:ｃｏｓ%26theta;＝０．７９８,即%26theta;＝３７%26deg;。（２）水-Ａｌ(ＯＨ)３用水做滲透液時(shí),改性前后Ａｌ(ＯＨ)３對(duì)水的接觸角變化的測試結(jié)果見表２。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(１)式,則得經(jīng)該類偶聯(lián)劑處理的Ａｌ(ＯＨ)３的接觸角為:ｃｏｓ%26theta;＝０．０４４５,即%26theta;＝８７．４%26deg;;表面改性未處理為:ｃｏｓ%26theta;＝０．７９８,即%26theta;＝７３．７%26deg;。（３）正庚烷-ＣａＣＯ３用正庚烷做滲透液時(shí),改性前后ＣａＣＯ３接觸角變化的測試結(jié)果見表３。然后將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(１)式,則得經(jīng)該類偶聯(lián)劑處理的ＣａＣＯ３的接觸角為:ｃｏｓ%26theta;＝１．００２，即%26theta;＝０%26deg;;未處理:ｃｏｓ%26theta;＝０．９５５８,即%26theta;＝１７．１０%26deg;。（４）水-ＣａＣＯ３用水做滲透液時(shí),改性前后ＣａＣＯ３接觸角變化的測試結(jié)果見表４。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入(１)式,則得經(jīng)該類偶聯(lián)劑處理的碳酸鈣的接觸角為:ｃｏｓ%26theta;＝０．１６１４,即%26theta;＝８０．７１%26deg;;未經(jīng)該類偶聯(lián)劑處理的碳酸鈣的接觸角為:ｃｏｓ%26theta;＝０．５６０６,即%26theta;＝５５．９%26deg;。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,處理后填料親油性大大增加,親水性降低。
２．３粘度降考察改性后粉體在聚合物中的分散性,有很多估計(jì)分散程度的方法,流變試驗(yàn)是最為精確的一種方法。粘度最低是最佳分散的表征。粘度下降＝(改性前料漿粘度-改性后料漿粘度)／改性前料漿粘度%26times;１００%粘度大幅度下降是改性成功的標(biāo)志之一。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表５和６。
從表５、６可以看出,改性前后Ａｌ（ＯＨ）３在固含量為７０%的水性料漿中粘度下降率達(dá)９０%以上;改性前后ＣａＣＯ３在固含量為５５%的異丙醇料漿中,粘度下降率也達(dá)到９０%以上。
２．４對(duì)水不可逆性不可逆性指處理后不會(huì)因水的洗滌導(dǎo)致偶聯(lián)劑成分大量地從填料表面脫落而喪失改性效果的性質(zhì),也是改性后偶聯(lián)效果是否穩(wěn)定可靠的指標(biāo)。粘度上升＝(洗滌后料漿粘度-洗滌前料漿粘度)／洗滌前料漿粘度%26times;１００%粘度上升率越低,表明不可逆性越高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表７。Ａｌ（ＯＨ）３的粘度上升率明顯高于ＣａＣＯ３的粘度上升率,說明Ａｌ（ＯＨ）３對(duì)水不可逆性較好。２．５應(yīng)用試驗(yàn)（１）將改性后ＣａＣＯ３應(yīng)用于塑料異型材,其試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表８。應(yīng)用試驗(yàn)研究表明,鋯類偶聯(lián)劑改性ＣａＣＯ３的力學(xué)性能明顯較高于標(biāo)準(zhǔn)值,且個(gè)別數(shù)值高于鋁酸酯改性ＣａＣＯ３。（２）將改性后Ａｌ(ＯＨ)３應(yīng)用于不飽和聚酯制作電氣鐵路專用絕緣板。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),使用未改性Ａｌ（ＯＨ）３,在１００份樹脂中加至３０份時(shí),物料粘度上升很高,難以加工成型。而應(yīng)用改性后Ａｌ(ＯＨ)３,填充至１２０份時(shí),物料粘度仍能滿足加工要求,且混合均勻,對(duì)玻璃纖維浸潤良好,成型后無玻璃纖維脫粘分離現(xiàn)象。經(jīng)天津合成材料研究所測試其物理性能良好,檢測數(shù)據(jù)見表９。
經(jīng)鐵道部科學(xué)研究院檢測,其耐壓電路痕跡老化指標(biāo)為２．８ｋＶ,符合電氣化鐵路此類材料的絕緣要求。
３結(jié)論綜上所述,甲基丙烯酰氧基合鋯偶聯(lián)劑具有高度的抗水解穩(wěn)定性,能提高經(jīng)處理后填料的親油性,降低其疏水性,從而增加了填料與聚合物的相容性,改善了填料在聚合物中的分布。同時(shí),甲基丙烯酰氧基對(duì)聚合物有較高的親和力,明顯提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。
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