色母粒用钛白粉的表面有机改性及表征

色母ຫໍສະໝຸດ Baidu用钛白粉的表面有机改性及表征
塑 料
2005 年 34 卷 第 3 期
粉表面的羟基形成酯基而牢固结合 。 2. 2. 3 亲油性测试
钛白粉表面容易与水相结合形成羟基 ,未经处理 的钛白粉呈现亲水性 。超分散剂对钛白粉表面处理之 后 ,锚固基团吸附于其表面 ,而溶剂化链伸展开来 ,溶 剂化链会表现出亲油憎水性 。由于表面官能团的变化 使钛白粉由亲水性转为亲油性 。
色母粒用钛白粉的表面有机改性及表征
塑 料
2005 年 34 卷 第 3 期
色母粒用钛白粉的表面有机改性及表征 3
李 郁 ,乔 辉 ,吴立峰
(北京化工大学材料科学与工程学院 ,北京 100029)
摘要 :研究了在水溶液中 ,采用超分散剂 TO 对色母粒用钛白粉进行表面处理 ,使用电镜 、红外 、毛 细管等简单方法对钛白粉的亲油性 、分散性进行表征 。结果表明 ,钛白粉颗粒表面由亲水性变为亲油 性 ,用于制备白母粒 ,其分散性能大大提高 ,遮盖力比未处理的提高了近 21 5 倍 ;加工性能也大大提高 , 最大转矩和平衡转矩减小近 21 45N ·m 。
图 1 表面处理前后钛白粉透射电镜图片 (5000 倍) a - 经处理的钛白粉 (配方 3) ;b - 未处理的钛白粉 。
2. 2. 2 包覆性能 a) 包覆机理
如图 2 所示 ,超分散剂的分子结构主要分为锚固 基团和溶剂化链两个部分[4～6 ] 。TiO2 浆料中 ,颗粒表 面富集 电荷 , 很 容易 与 锚 固 基 团 ( - COO - 、- N R2 、 - COO H 、- SO3 H等) 相结合 ,在钛白粉颗粒表面形 成一层牢固的保护层 ,通过溶剂化链 (烃链) 的空间立 体屏障作用 ,使钛白粉达到稳定分散的效果 。伸展开 来的溶剂化链使钛白粉从亲水性转变为亲油性 。
3
100 150 8. 75
4
5
100 100 150 150 11. 25 13. 75
采用配方颜料 30g 、蜡 10g 、树脂 60g 进行白母粒 制造 ;按颜料量 11 5g (母粒 5g) 加入到 P E 中吹膜 。 2. 2 改性钛白粉的性能表征 2. 2. 1 分散性能表征
图 1 是未处理钛白粉和经处理钛白粉放大 5000 倍的透射电镜图 。 从图 1 可以看出 ,经超分散剂处理图 1a 的钛白粉 粒子粒径小 ,分散均匀 。而图 1b 的钛白粉粒子发生严 重团聚 ,颗粒尺寸大 ,分散性能差 。因此 。使用超分散 剂 TO 处理钛白粉大大提高了钛白粉的分散性 。
用非极性溶剂四氯化碳 ,如图 4 采用动态毛细管 法测定单位时间内钛白粉吸附四氯化碳的质量 ,作 w2 2t 图 ,比较处理前后的钛白粉的亲油性能 。
挡光线的能力 ,称为阻光率 ( O) :
O = 1/ T = I0 / I1
(2)
薄膜的遮盖力 ( D) 定义如下 :
D = lgO = lg I 0 / I1
反应载体树脂与分散剂混合介质对着色剂的亲和性和
润湿性 。从图 6 可以看出 ,纯 PE 平衡时间与色母粒
的平衡时间几乎一致 ,说明该种色母粒配方使颜料粒
子与树脂载体同时达到分散平衡 ,钛白粉在载体树脂
中会有良好的分散 。
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PP 树脂结晶成核中含芳环化合物的协同作用研究
塑 料
采用表 1 配方对钛白粉浆料进行表面处理 。先将 超分散剂在水中乳化分散 ,再加钛白粉浆料搅拌处理 , 调 p H 值和温度 ,静置 ,过滤 ,干燥备用 。
表 1 颜料的表面处理配方
配方
钛白粉浆料/ g 去离子水/ ml 超分散剂 TO/ g
1
100 150 3. 75
2
100 150 6. 25
2. 3. 1 遮盖力测试
遮盖力是白母粒重要的性能指标 。颜料的分散水
平是影响遮盖力的主要因素 。当一束强度为 I0 的光 照在薄膜上时 ,除反射外 ,部分光线被其中的颜料粒子
阻挡和吸收 , 剩余部分透射 。设透射光强为 I1 , 定义 透射率 ( T) 为 :
T = I1 / I0 ×100 %
关键词 :钛白粉 ;超分散剂 ;表面处理 ;色母粒
中图分类号 : TQ327. 8 文献标识码 :A 文章编号 :1001 - 9456 (2005) 03 - 0035 - 03
Surface Organic Modif ication and Characterization of Titanium Dioxide in Masterbatch L I Yu ,Q IAO Hui ,WU Li2feng
3 收稿日期 :2004 - 12 - 01 作者简介 :李郁 (1980 - ) ,女 ,硕士研究生 ,研究方向为颜料的表面处理及在色母粒中的应用 。
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色母粒用钛白粉的表面有机改性及表征
动态毛细管 :自制 。 2 结果与讨论 2. 1 配方与工艺
Key words :titanium dio xide ;hyperdispersant ; surface t reat ment ;masterbatch
钛白粉是色母粒中广泛使用的无机颜料[1] ,其分 散粒径为微米和亚微米级 ,但在使用过程中 ,较细的颜 料颗粒易产生凝聚 ,形成大颗粒 ,影响产品质量 ,因而 不能直接使用 ,必须进行表面处理[2、3] 。超分散剂始 于 20 世纪 70 年代 ,20 世纪 80 年代才正式系统地提 出 ,至 20 世纪 90 年代中期 ,以其独特的应用功能在众 多分散剂中脱颖而出 ,成为当今最为人瞩目的助剂 。 超分散剂以其独特的结构应用于钛白粉 ,使提高其在 塑料中的应用性能成为可能 。
笔者使用超分散剂 TO 对钛白粉进行表面处理 , 通过红外 、动态毛细管法 、热重测定等实验证明 ,钛白 粉包膜稳定 ,分散性能优良 ,粒子分布均匀 。将此钛白 粉应用于色母粒 ,表明处理后的钛白粉与塑料相容性 好 ,着色力大大提高 ,分散性能优良 。
1 实验部分 1. 1 实验原料
超分散剂 TO :江苏镇江天龙公司 ; 钛白粉浆料 :工业级 ,锦州攀钢钛业公司 ; 低密度聚乙烯 :1 F7B ,北京燕山石化公司 ; 聚丙烯 :工业级 ,北京燕山石化公司 ; 聚乙烯蜡 :L P E24[ F ] ,北京化工大学精细化工厂 ; 其它常用试剂 :分析纯 。 1. 2 主要仪器及设备 双辊混炼机:SK2160BΦ160 ×320mm ,上海橡胶设备厂; 挤出吹膜机组:Brabender PID651 ,德国 Brabender 公司; 光电分光光度计 :721 型 ,上海分析仪器厂 ; 扭矩流变仪:Brabender PLV2151 ,德国Brabender 公司; 红外光谱仪 :Nicolet 670 F T2IR ,美国 ; 透射电镜 : H2800 ,日本日立公司 ;
(3)
根据以上定义可以看出 ,薄膜中颜料分散越均匀 ,
粒子越细小 ,光密值越大 ;反之 ,越小 。表 2 是不同配
方薄膜制品的光密值 。
表 2 不同配方的光密值
配方 未处理 1
2
3
4
5
光密值 0. 108 0. 141 0. 236 0. 342 0. 181 0. 203
图 4 动态毛细管法示意图 1 - 电子秤 ;2 - 滤网 ;3 - 粉料 ;4 - 溶剂 。
经过超分散剂改性的钛白粉不仅分散性 、遮盖力 提高 ,而且与载体有良好的相容性 ,可以改变树脂在加 工过程中的流动性能 。图 6 是经处理钛白粉对白母粒 流动性能影响曲线 。
图 5 动态毛细管法 w2 2t 图 1 - 未处理钛白粉 ;2 - 处理钛白粉 (配方 3) 。
2. 3 改性钛白粉的应用性能
根据液相吸附理论[7] ,粉体由于毛细作用吸附溶 剂 。从图 5 可以看出 ,曲线 1 的吸附图线斜率远远大 于 2 号 ,由此得出 ,曲线 2 的亲油性远大于曲线 1 ,即 处理后的钛白粉亲油性大大提高 。
从表 2 中可以看出 ,超分散剂改性钛白粉 ,光密值 有显著增大 ,配方 3 最大 ,光密值提高了近 21 5 倍 ,说 明超分散剂改性钛白粉应用于塑料薄膜着色 ,其分散 性能大大提高 。超分散剂的用量对薄膜制品的光密值 有很大的影响 ,随着添加量的增多 ,光密值增大 ;采用 配方 3 时的光密值达到最大值 ;添加量进一步增多 ,由 于溶剂化链的相互缠绕 ,光密值反而下降 。 2. 3. 2 流变性能测试
而分析出钛白粉的结构及其表面性质 。图 3 是未处理 和经处理钛白粉的红外光谱图 。
图 2 超分散剂的作用机理
b) 包覆性能表征 通过红外光谱可以得到钛白粉官能团的信息 ,从
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图 3 红外光谱图 1 - 经处理钛白粉 ,2 - 未处理钛白粉 。
从图 3 可以看出 , 样品 1 在 29221 21 、28521 02 、 17301 59cm - 1 等 处 出 现 新 的 振 动 峰 , 29221 21 、 28521 02cm - 1 处为 - C H2 - 伸缩振动峰 ,17301 59cm - 1 为酯基的伸缩振动峰 。由此证明 ,超分散剂明显包覆 了钛白粉 ,其结合机理是超分散剂的 - COO - 与钛白
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PP 树脂的β成核剂 ,虽然成核能力较差 ,但含芳环化 合物可以通过其芳环 ,和不同的成核物质等对 PP 树 脂成核产生良好的协同作用 。
2) 这种协同作用将因基体树脂种类的不同而有不 同的表现 ,其差异被认为和含芳环化合物的β成核效 率有关 ,而β成核效率和 PP 树脂的性质有关 。
3) 在本研究条件下 ,对β晶含量较多的 F1002 型 PP 树脂体系 ,其协同作用主要贡献于材料的冲击强 度 ,而对不含β晶的 2401 型 PP 树脂体系而言 ,其协 同作用主要贡献于材料的弯曲模量 。 参考文献 :
(Depart ment of Materials Science and Engineering ,Beijing U niversity of Chemical Technology ,Beijing 100029 ,China)
Abstract :Coating of titanium dio xide wit h hyperdisper sant in water was st udied. IR and T EM p hoto grap h were used to st udy t he dispersibilit y and hydrop ho bicit y of TiO2 . The result showed t hat t he coating changed TiO2 surface f ro m hydrop hilicit y to hydrop ho bicit y. The surface t reated titanium dio xide was used fo r t he manufact ure of white colo ur masterbatch ,t he disper sibilit y of TiO2 in plastic was highly imp roved , covering power was imp roved nearly 21 5 times t han unt reat ment . A nd t he p rocessing performance was increased ,t he maximum and balance torque decreased nearly 21 45N ·m.
(1)
透射率反映薄膜的透光能力 ,其导数则代表了薄膜阻
图 6 改性的钛白粉对白母粒流变性能的影响 - □- 1 F7B ; - ○- 未处理颜料 ; - ☆- 配方 3 。
达到最大扭矩的时间是色母粒体系塑化的时间 ,
体系完全塑化后 ,扭矩开始下降 。扭矩从最大值变化
到最终稳定值的时间 ,称为平衡时间 。平衡时间能够