新型改性剂在填充母料中的应用
塑料填充改性母料自二十世纪八十年代初投入市场以来，由于其价格低廉，产品性能优异，可改善塑料制品的某些物理特性。替代合成树脂，且生产工艺简单、投资较小、具有显著的经济效益和社会效益。因而，塑料填充改性母料是近年来发展最快的塑料工业中的新行业，已成为塑料加工工业的重要部分和塑料制品的主要添加材料之一。
填充改性母料最早是为了充分利用聚丙烯裂解中产生的副产物-无规聚丙烯而研制的填充母料。随着塑料工业的飞速发展，填充改性母料不但是一种添加材料，能够降低塑料制品的生产成本，还具有改善塑料制品的某些物理性能，如降低缺口收缩率、改善外观及手感等特性而得到市场的认可，已成为某些塑料制品中不可缺少的原材料。随着先进工艺和生产技术的完善提高，填充改性母料的品种、性能、用途都在适应市场的需求而不断变化。
一. 填充改性母料主要原辅材料
填充改性母料是由载体树脂、填料和各种助剂组成的。母料中助剂的限度或填料的含量比实际塑料制品中的需要量要高数倍至十几倍。在成型加工过程中，必须根据母料中有关组分的含量和实际制品中需要加入的量，调节母料与基体树脂的配比。母料通常可以分为普通填充母料（简称填充母料）和功能性母料，如色母料、防雾滴母料等。填充母料的主要组分是填料，主要用于聚烯烃（聚乙烯和聚丙烯）的加工成型，又称为聚烯烃填充母料。
填充改性母料主要原料有烯烃树脂，以非金属矿物粉体为填料(CaCO3用量占80%以上，滑石粉约占10%，高岭土、硅灰石等约5 ~ 15% )，表面活化剂主要有传统的偶联剂，如铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂及新型填料改性剂等。
JL-G02FX新型填料表面改性剂是一种多功能的高分子超分散剂,含有高活性的端胺基，具有多官能团结构, 能有效的降低填料的表面能并且完全包覆，SEM照片表明改性填料（碳酸钙、滑石粉等）用于PP、PE、PVC等填充改性复合材料粘接优良，无界面分离现象，整个复合材料体系形成丝状相互牵缠在一起，从而形成大量银纹结构使制品的力学性能得到提高。目前该产品在改性工程塑料及填充母料等对无机填料填料表面改性得到广泛的应用，是传统偶联剂、表面活性剂的换代产品。其它助剂主要有JL-M01A/B分散改性剂、硬脂酸、PE蜡、石蜡、白油等。
（a）载体树脂的选择一般要与塑料制品选用的树脂基本相同或接近，熔体流动速率略大于制品选用的树脂。除了PP、PE等树脂，PS、EVA、ABS等树脂作为生产专用母料的载体，目前，已得到开发应用，应用领域和使用量正在不断扩大。
（b）非金属矿物资源丰富，价格低廉，加工方便，已成为填充改性母料的主要材料。在母料中使用量最多的是重质碳酸钙，一般要求含量98%以上，含水量<0.3%，Fe、Si02等杂质的含量对产品质量的影响较大，Fe含量高时，影响产品的白度，Si02对加工设备带来磨损。CaCO3白度好、易加工、价格低廉，粒径呈颗粒状，是填充母料时应用最大，用途最广的无机材料，用量最多的是400目~ 1250目，目前逐渐向微细化、功能化发展。
改性母料是在填充母料基础上发展起来的新的改性材料。以滑石粉、硅灰石、高岭土等应用量较大，改性母料可明显提高塑料制品的物理性能，改善某些材料的缺陷，如汽车保险杠、仪表装饰件。采用PP+滑石粉，可提高其冲击强度，降低收缩率。
增强母料主要以无机材料(云母、玻璃纤维等)提高制品的机械性能，也有的在加工中添加具有特殊性能的树脂或助剂，如加入抗氧剂、热稳定剂、阻燃剂等助剂，还有的加入POE，EVA等改性材料。
二．新型改性剂产品介绍
A．JL- G02 FX填料改性剂
JL-G02FX型端胺基多元醇酯填料改性剂(Modifier)是高效无机填料表面改性剂，产品集偶联剂、高效分散剂及加工助剂等多种功能于一体。在高分子材料加工过程中添加JL-G02FX型端胺基多元醇酯填料改性剂，由于其含有高活性的端胺基，不仅能使无机填料得到高度分散，增加填料用量，而且能改善体系各组分的相容性，促进塑化，降低熔体粘度，改善加工流动性，提高生产效率。可用于无机填料的表面活化改性,如碳酸钙、滑石粉、云母粉、硅灰石、高岭土、氢氧化铝、氢氧化镁、色粉及阻燃材料（APP、MCA、P系、N系、含卤类等）等表面处理。产品广泛应用于PP、PE、PS、PC、PA、ABS、EVA、UP、EP、PVC及橡胶、涂料等高分子复合材料加工。
（一） 应用效果
1．对无机填料具有极强的亲和性，使其得到充分的活化改性，破坏并阻止无机物团聚，从而更加均匀分散到高分子网络中，因而可以提高填料加入量，同时依赖较强的界面键合作用，达到增韧补强的效果。
2．应用于高分子复合材料加工中，能够很好地改善体系各组分的相容性，促进塑化，降低熔体粘度，改善加工流动性，减少糊料现象，提高生产效率。并能够提高制品的抗冲强度及断裂伸长率，同时改善制品表面光泽。
3. 由于改性剂含取代端胺基多元醇酯类多锚固基团的多官能团结构,通过“锚”基团的多点吸附同时进行化学反应对填料粒子表面改性，到达完全的表面化学反应性包覆，使填料表面有机化，从而有效的降低填料的表面能，另外,改性剂大分子中的聚合物长链对基体高分子材料具有很强的亲合性和相容性,使复合材料体系容易加工。
4．其特有的粉粒状的特点，熔融温度60度以上，因此可以方便使用，同时计量准确，适宜连续生产，有效保证产品质量稳定，生产管理容易控制。
（二） 技术指标
l 外 观： 白色或微黄粉粒状
l 熔融温度： 不低于60℃
l 分解温度： ≥260℃
l 溶 解 性： 加热溶于甲苯、氯烃等有机溶剂，本品无毒。
（三） 使用方法
将干燥的填料加入高速混合机,再按填料重量的1.0 ~ 1.5% 加JL-G02FX改性剂，同时，在100℃以上（尽可能温度高一些，改性同时去水份）高速混合10 ~ 15分钟即可得改性填料。
B． JL-M01A/B新型分散改性剂
（一）产品简介
JL-M01A型和B型新型分散改性剂是新型高分子酯蜡，由于在高分子链上引入一定的特殊的极性基团，从而赋予其特殊性能, 因此可有效的改善塑料、橡胶等加工中的分散、润滑、光亮等问题，其化学性质稳定，电性能优良。可广泛应用于PP、PE、PS、PC、ABS、EVA、PMMA、PVC及橡胶、油墨等高分子复合材料加工, 也是型材、管件、薄膜及聚烯烃填充母料、浓色母粒、阻燃母粒、珠光母粒、复合稳定剂、光稳定剂等各种母粒加工制造理想的添加剂。
可与我公司生产的JL-G01或JL-G02改性剂配合使用，用于无机填料表面的复合活化改性, 如碳酸钙、滑石粉、云母粉、硅灰石、高岭土、氢氧化铝、氢氧化镁等复合改性。
（二）应用效果
1.由于高分子材料加工时使用的粉体间普遍存在着范德华力和库仑力，粉体的细化过程实质上是以粒子的内部结合力不断被破坏，体系总能量不断增加的过程。表面改性是依耐改性剂在粉体表面进行吸附\反应\包覆或成膜来实现的表面改性，它可以降低粉体表面能。因而分散改性剂可以使粉体在高分子材料中得到迅速、均匀的分散。
2.可有效降低聚合物熔融体粘度，改进流动性。同时减少聚合物与成型设备之间摩擦，避免它们之间的粘附, 对聚合物的塑化性能影响小，减少设备驱动率，增加产量,降低生产成本。
3.可以达到润滑性能持久，初期、中期及后期防止模具粘附不影响二次加工, 同时有效提高制品表面光洁度，易于分散，与高分子材料加工体系相容性好，无毒、透明性好。
(三) 技术指标
外 观 白色或微黄色细颗粒
熔融温度 不低于60℃
挥 发 份 不大于0.8 %
(四) 使用方法
直接用于挤出、吹塑或注塑等加工，于混料工序中按 1 ~ 5 %（W）（根据高分子基料的品质和填料的用量定）加JL-M01A型或B型分散改性剂，混匀即可。
C. JL - T01 填料母料复合改性剂
(一) 产品简介
JL-T01填料母料复合改性剂是采用功能性复合技术，将多种合成的新型大分子高活性物质，用“一包化”匀化技术，因此产品集偶联剂、高效分散剂及加工助剂等多种功能于一体。在填料母料加工过程中添加JL-T01填料母料复合改性剂，不仅能使无机填料得到完全包覆，同时保证在基体树脂中高度分散，而且能改善填料母料体系各组分的相容性，促进塑化，降低熔体粘度，改善加工流动性，提高生产效率。可用于各种填料母料的无机填料的表面包覆活化改性,如碳酸钙、滑石粉、氢氧化铝、氢氧化镁等表面处理。产品主要应用于聚烯烃等填料母料的生产。
(二) 应用效果
1．应用于聚烯烃等填料母料的生产中，能够很好地改善体系各组分的相容性，促进塑化，降低熔体粘度，改善加工流动性，提高生产效率。并能够提高制品的抗冲强度及断裂伸长率，同时改善制品表面光泽。
2. 由于采用“一包化”匀化技术，JL-T01填料母料复合改性剂通过多点吸附同时进行化学反应对填料粒子表面改性，到达完全的表面化学反应性包覆，使填料表面有机化，从而有效的降低填料的表面能，与基体树脂之间形成的良好界面结合，可以提高制品的物理机械性能。
3．其特有的粉粒状的特点，因此可以方便使用，同时计量准确，适宜连续生产，有效保证产品质量稳定，生产管理容易控制。
(三) 技术指标
l 外 观： 白色或微黄粉粒片状
l 熔融温度： 不低于60℃
l 挥 发 份： 不大于0.8 %
(四) 使用方法
1．复合改性填料母料制备
一般拉丝、注塑产品选用400 ~ 800目重质碳酸钙，白度大于95 %, 水份小于0.5%即可；
吹膜产品选用1250目以上微细重质碳酸钙或滑石粉（透明性和刚性好），白度大于95 %即可；
增韧母料选用2500目以上超细重质碳酸钙，白度大于95 %即可；
高速混合机中，按100Kg重质碳酸钙或滑石粉根据细度不同添加JL-T01填料母料复合改性剂5.0 ~ 10.0 %，再加基体树脂, 混至100 ~140℃，混10 ~ 15分钟，即为改性填料。
2．常用配方
聚烯烃载体树脂 5~ 15（选择适当熔指的搭配）
无机填料 80 ~ 90
JL-T01填料母料复合改性剂 5~ 10
D. JL-G02FX型端胺基多元醇酯填料改性剂(Modifier)应用效果比较：
分别用相同量的铝酸酯、钛酸酯、JL-G02FX型端胺基改性剂，采用相同处理工艺改性处理1250目和2500目重质碳酸钙（处理剂用量1.5%），再将上述分别处理过的三种改性碳酸钙与PE载体混合造粒（CaCO3含量80%）得到聚烯烃填充母料
用上述三种填充母料进行配方生产,按填充母粒：LDPE：LLDPE=4：3：3比例混合吹膜，制品采用GB/T-13022-91标准,测定膜的拉伸强度和断裂伸长率，结果如下:
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项目
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铝酸酯
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钛酸酯
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改性剂
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1250目
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拉伸强度MPa
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12.13
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13.25
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14.85
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重钙
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断裂伸长率 %
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355
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380
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430
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2500目
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拉伸强度MPa
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13.21
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14.82
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16.95
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重钙
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断裂伸长率 %
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370
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400
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475
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测试结果表明, JL-G02FX型端胺基改性剂处理重钙生产聚烯烃填充母料的综合性能明显优于铝酸酯与钛酸酯改性产品，同比条件下拉伸强度和断裂伸长率可以提高15 ~ 30%，工厂应用表明其对高填充高分子材料加工体系具有优良的使用效果。
SEM照片表明改性填料（碳酸钙、滑石粉、云母粉等）用于PP、PE、PA、ABS、PVC以及橡胶、涂料等填充改性复合材料界面粘接优良，无界面分离现象，整个复合材料体系形成丝状相互牵缠在一起，从而形成大量银纹结构使制品的力学性能得到提高。目前该产品在改性工程塑料及填充母料等对无机填料填料表面改性中得到广泛的应用.是传统偶联剂/表面活性剂的换代产品。
三．粉体表面改性及改性设备选择
由于非金属粉体与有机高分子树脂的极性不同，相互之间的亲合性差，加之非金属粉体颗粒之间也存在着团聚等问题，造成在载体树脂中的分散不均匀。因此，首先应对粉体进行表面改性，降低其表面能，解决其团聚问题，增强与树脂的交联性和粉体的分散性。
填充母料生产关键是粉体的表面有机化改性,方法很多,但一定要选择适合的改性设备和表面改性剂,目前应用较多的是干法表面改性,该生产工艺简单，成本低。而湿法的表面改性工艺复杂，成本高，但表面改性的质量要好于干法。湿法表面改性，一般在池或槽的用搅拌机搅拌改性，也有湿法改性的专用设备，但在改性时所需的改性剂用量比较大，在浆液中达到一定的浓度时才能得到好的改性效果，而后还要进行脱水和干燥等工序。并且在干燥时，温度过高时对改性的效果也有一定的影响。所以，在使用干法改性能达到技术要求的情况下，均宜采用干法改性。一般颗粒较大的（微米级）的可用高速捏合机加分级机进行表面改性，颗粒较细（小于微米级）的可用气溶胶法进行表面改性。
经JL-G02FX填料改性剂表面改性后的粉体分散到树脂中，在该区域树脂 - 改性剂 - 粉体之间可产生一种良好的界面结合，这主要是改性剂在其中起到了一种桥梁作用。所以表面改性剂和助剂的选择是粉体表面改性的重要一环。可根据不同粉体种类和用途等，选择改性剂和助剂。
由于纳米颗粒的粉体（如纳米CaCO3）的表面积是微米的几十倍至百倍以上，并且都有较高的表面活性。如果用大量的表面改性剂对纳米粒子进行表面改性，形成单分子的包覆，这样就可能造成主要是表面改性剂与树脂的接触，不能充分发挥纳米粒子自身的功能性。由于引力位能与粒径成正比，排斥位能与粒子的粒径平方成正比。对一定粒径的粒子而言，引力位能随粒径减少的速度远小于排斥位能减少的速度。因此纳米粒子聚集体内表现出极强的引力作用，要使其达到原生粒子粒径的分散状态，在工业化生产中是很难达到的。为此对纳米CaCO3采取适当的表面改性处理，保持一定的分散性，然后再用加工母粒的办法弥补其不足，以达到其应用的目的。
选择表面改性设备注意的问题:
粉体的表面改性或表面处理技术主要包括表面改性方法、工艺、表面改性剂及其配方、表面改性设备等。其中在表面改性工艺和改性剂配方确定的情况下，表面改性设备就成为影响粉体表面改性或表面处理效果的关键因素。
表面改性设备性能的优劣，不在其转速的高低或结构复杂与否，注意以下基本工艺特性：
l 对粉体及表面改性剂的分散性
l 使粉体与表面改性剂的接触或作用的机会
l 改性温度和停留时间
l 单位产品能耗和磨耗
l 粉尘污染
l 设备的运转状态
高性能的表面改性机应能够使粉体及表面改性剂的分散性好、粉体与表面改性剂的接触或作用机会均等，以达到均匀的单分层吸附、减少改性剂用量；同时，能方便调节改性温度和反应或停留时间，以达到牢固包覆和使溶剂或稀释剂完全蒸发（如果使用了溶剂或稀释剂）；此外，单位产品能耗和磨耗应较低，无粉尘污染（粉体外溢不仅污染环境，恶化工作条件，而且损失物料，增加了生产成本），设备操作简便，运行平稳。
四．结语
填充改性母料大多是以降低生产成本，改善制品某些性能为主要目的，一般会采用价格低廉、来源广泛的无机粉体或工业废物作为填充材料，加入适量的助剂和树脂生产而成。因此必须选择适合的材料进行表面改性再加工成塑料用母粒，填加到塑料制品中才可以达到一定的效果。在加工过程中，首先要对粉体颗粒进行有针对性的表面改性，以提高其分散性和相容性，其次要根据不同比例的配料量以及树脂的技术性能要求，来选择加工不同性能要求的填充母粒。另外，母粒的加工还应与各类高聚物的混合改性相结合，进一步提高高聚物共混性和功能性，从而使产品向高质量、高技术、高附加值及多功能化转化和延深。