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伊利石对天然橡胶有非常优异的改性作用
来源:中国粉体技术网    更新时间:2015-07-01 11:03:05    浏览次数:
 
      (中国粉体技术网/班建伟)伊利石是一种常见的黏土矿物,从矿物学意义上讲,伊利石系指呈胶体分散状态的水白云母,但一般已将伊利石视为水白云母的同义词,属于富钾的硅酸盐黏土矿物,因最早发现于美国的伊利诺斯州而得名。其代表性晶体化学式为:K0.75(Al1.75R2+0.25)(Si3.5Al0.5)O10(OH)2,伊利石呈白色鳞片状,玻璃光泽,集合体为土状光泽,硬度1~1.5,比重2.6~2.9。解理平行{001}完全。因其天然粒度细,分散性好,可作塑料、橡胶、造纸、油漆等的填充剂使用。
       利用伊利石作为主要原料,经过粉碎、表面改性等加工,作为橡胶填料,应用于天然橡胶中取代或部分取代昂贵的炭黑,既可降低橡胶的成本,提高其性能,又可充分利用伊利石矿。本研究采用的是福建大田县伊利石,在当地伊利石矿价格低廉,使用价值低,仅用于陶瓷原料烧制日用陶瓷。根据目前市场情况,伊利石制成橡胶填料后价格约在1000 元/t,大大提高了伊利石的价值,使矿产资源得到了更好的利用,同时也推动了当地经济发展。
1 实验部分
1.1 主要原材料
       实验原料为福建大田县伊利石;天然橡胶;铝钛复合偶联剂;其它试剂均为市售。
1.2 试验设备
       振动磨XZM-100;快速研磨机KNM;双辊筒塑炼机SK-160B;平板硫化机2LB-400×400×2;橡胶硬度计LX-A;拉力试验机XL-250A;D/MAX-3BX 射线粉晶衍射仪;quanator-200 扫描电镜。
1.3 伊利石的粉碎与改性
       先将伊利石样品烘干,再在振动磨中振动10min,之后在快速研磨机中研磨20min。将研磨好的样品在105℃下烘干2h,称取一定质量的伊利石加入到500ml 的三口烧瓶中,加入一定量的铝钛复合偶联剂,在一定的温度下搅拌改性,搅拌转速为1500r/min。通过改变偶联剂的加入量、反应温度及改性时间,进行多组实验。确定最佳改性条件为:改性温度110℃,改性时间30min,偶联剂添加量为1.2%。
1.4 硫化胶的制备
       试验胶的配方为:天然橡胶,100;硫磺,2.5;促进剂D,1;促进剂M,1.5;氧化锌,5;硬脂酸,1;防老剂RD,1;防老剂4010NA,1.5;邻苯二甲酸二丁酯,1.5;填料,50。橡胶填料分别为:活性伊利石、炭黑、轻质碳酸钙、伊利石。硫化胶试样制备:首先将天然橡胶塑炼至包辊,然后依次加入各种配合剂。在开炼机上混炼均匀后打三角包,继续混炼至包辊。取出胶料陈化24h 后,在150℃、15MPa 压力下硫化制得硫化胶。
1.5 样品测试
       采用D/MAX-3BX 射线粉晶衍射仪对样品进行收稿日期:2008-11-20 分析。检测条件:Cu靶,电压40kV,电流50mA,扫描速度12。/min。化学成分分析,采用X荧光PANalytical Axios advanced XRF( 荷兰) 检测。
       硫化胶片拉伸强度测试按GB/T 528-1998,撕裂强度测试按GB/T 529-1991,硬度测试按GB/T 531-1998 进行。
2 结果与讨论
2.1 化学组成及物相分析
       伊利石的化学成分采用X 荧光分析。其化学成分(wt%) 如下:SiO2,63.363;Al2O3,24.845;K2O,3.272;TiO2,0.881;Fe2O3,0.761;MgO,0.544;Na2O,0.300。由此可看出,伊利石成分以SiO2、Al2O3、K2O 为主。
       伊利石的物相采用X 射线粉晶衍射进行检测,见图1。由图1 可看出,原矿中含有约30%的伊利石、45% 左右的石英及微量的长石,10% 左右的高岭石。
       图2 为伊利石的扫描电镜照片。由图2 可看出,伊利石的片层状结构以及夹杂少量的石英颗粒。
       混合粉体中片状的伊利石、高岭石与粒状的石英,它们的工艺物理化学性能具有相似性、互补性,能够提高填料的堆砌效果,即在以片状为主的矿物填料中掺入颗粒状填料,可使薄片之间距离撑开,有利于树脂充填,使矿物填料达到最佳的增强效果。因此,该种粉体适宜于做填料。
2.2 伊利石的超细粉碎
       伊利石超细粉碎后的粒径分布,见图3。由图3 可看出,其粒度分布在0.92~19.5μm,平均粒径5.06μm,分布比较均匀,这使其在橡胶中的填充有利于减轻对复合材料力学性能的影响。
2.3 不同填充料对天然橡胶性能的影响
       在基本配方的基础上,添加不同的橡胶填料,填充量为50 份,制备天然橡胶硫化胶,测试其硫化胶性能,结果见表1。
       由表1 可看出,活性伊利石填充体系的拉伸强度为23.0MPa,300% 的定伸应力为5.0MPa,均优于未改性伊利石、炭黑和轻质碳酸钙填充体系;耐热空气老化的效果优于炭黑和轻质碳酸钙填充体系;撕裂强度稍低于炭黑和轻质碳酸钙填充体系;拉断伸长率和硬度变化不大;磨耗减量大于炭黑体系,低于轻质碳酸钙体系。
       由上可知,活性伊利石可用于天然橡胶的补强填充,其填充效果优于轻钙,部分性能超过了炭黑。
3 结论
       1. 伊利石的化学成分以SiO2、Al2O3、K2O 为主,原矿中含有约30% 的伊利石,45% 左右的石英及微量的长石,10% 左右的高岭石。
       2. 活性伊利石填充体系的拉伸强度为23.0MPa,300% 的定伸应力为5.0MPa,均优于未改性伊利石、炭黑和轻质碳酸钙填充体系;耐热空气老化的效果优于炭黑和轻质碳酸钙填充体系;撕裂强度稍低于炭黑和轻质碳酸钙填充体系;拉断伸长率和硬度变化不大。


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