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高岭土矿藏中富含大量云母矿物,包括白云母、水白云母)和伊利石等。在渐进的地质风化过程中,他们同属于一个系列。每年高岭土尾矿量达数千万吨,并且呈逐年上升趋势。尾矿的综合利用与产业化升级方面一直是我国的薄弱环节。聚氯乙烯(PVC)是一种广泛运用于当今社会的工业制成品。尽管PVC分子热稳定性比其他通用工程塑料相较而言劣势明显,聚氯乙烯塑料仍然获得工业界的广泛认可。PVC在热塑性塑料中,全球产量居第2位,仅次于聚烯烃塑料。塑料制品中填充无机粒子通常可以降低成本,并赋予塑料产品一些特殊的功能。故将工业废弃物高岭土尾矿应用于PVC产业中,对尾矿综合利用和塑料改性均具有一定意义。
本文将高岭土云母矿进行表面改性,并对其在PVC中的运用进行了初步研究。首先对尾矿进行了多种测试,对其组分与结构做了初步的研究,确定高岭土云母为白云母和高岭土的混合物。然后,采用硅烷偶联剂、自制大分子改性剂及复配工艺分别对高岭土云母进行了表面修饰处理,并将改性高岭土云母应用在聚氯乙烯材料中,制备了相应的聚氯乙烯/邻苯二甲酸二异辛酯(DOP增塑PVC)及聚氯乙烯/环氧大豆油(ESBO增塑PVC)复合材料,研究了高岭土云母对复合材料材料力学性能、热稳定性能、电绝缘性能的影响,观察了其微观分散形态。主要内容及结论如下:
通过硅烷偶联剂(KH570)、自制大分子改性剂N及复配工艺修饰后,高岭土云母表面性质由亲水疏油变为亲油疏水:FT-IR表明三种方法对高岭土云母粉体表面进行良好的有机修饰作用;SEM图像显示经表面处理后高岭土云母团聚现象一定程度上减弱,分散性较大程度提高,晶片变的更加细小。
采用三种改性高岭土云母对DOP增塑PVC体系进行改性,材料性能得到提升:材料综合力学性能更为优异,可达到既增强又增韧的效果,同时还提高了复合材料的刚性;电绝缘性能更为优异,介电强度、体积电阻率均得到提升;热失重分析结果表明高岭土云母的加入使得复合材料体系的耐热性有所提高。复配工艺修饰高岭土云母(KMNK)比单一偶联剂处理样品(KMK)和大分子改性剂处理样品(KMN)对DOP增塑PVC材料的改性更为突出。
采用复配工艺修饰高岭土(KMNK)对ESBO增塑PVC交联体系进行改性,在加工过程中,ESBO在十二烷基硫酸钠(SDS)的催化下形成交联网络结构,材料呈现出一定硬质塑料的性质。综合力学性能测试表明KMNK在一定范围内,能对材料起到增强增韧的作用;DSC和TG表明改性粒子的填充提高了复合材料的玻璃化温度和热稳定性;电绝缘性能说明复配工艺高岭土更均匀的分散在基体中,从而体积电阻率和介电强度随着高岭土云母含量的增加而上升;SEM表明复配工艺处理高岭土云母(KMNK)在基体中分散效果良好。