聚丙烯(PP)物理改性之填充改性

聚丙烯（PP）的物理改性是指聚丙烯基体中加入其它的无机填料、有机材料、塑料、橡胶、热塑性弹性体或一些有特殊功能的添加剂等，经过混合、混炼而制成的具有优异性能的聚丙烯复合材料。物理改性大致可以分为填充改性、增强改性、共混改性等。

填充改性是以聚丙烯为基体，将一定量的无机填料或有机填料填加到聚丙烯中达到提高制品某些性能，降低成本的目的。填充的无机填料具有资源丰富、价格低廉、品种规格多、填充量大、毒性低和易混炼加工等特点，填充PP的无机填料主要有云母粉、碳酸钙、滑石粉、硅灰石、炭黑、石膏、赤泥、氢氧化镁和硫酸钡等。常用的有机填料主要有木粉、稻壳粉、花生壳粉等。

• 氢氧化镁【Mg(OH)₂，简称MH】属于无机碱类化工产品，在聚合物中可作为填料及阻燃剂，具有不产生二次污染、热稳定性好、不挥发、不析出、不产生有毒气体、不腐蚀加工设备、消烟作用显著、价格便宜等诸多优点。并且无论是从合成法生产的氢氧化镁还是从天然资源加工制取的氢氧化镁，近年来均有较快的发展速度。在聚丙烯中添加了不同含量的氢氧化镁，分别在N₂、O₂混合气体中测定其燃烧指数。结果表明，氧化剂的改变对其影响不大，其阻燃机理在于聚合物燃烧时，氢氧化镁的分解产物在凝聚相中生成的保护膜抑制了燃烧继续进行。

  从氢氧化镁脱水的动力学过程、燃烧残余物的热传导性能和氢氧化镁的晶体形貌入手，通过测量TGA曲线、烟密度和CO释放量，研究氢氧化镁的阻燃机理。氢氧化镁的阻燃和抑烟机理主要是由于以下几方面作用：

• 氢氧化镁受热分解释放出结晶水而吸收了大量的热量，抑制了聚合物材料温度上升，并能延缓其热分解和降低材料的燃烧速度；

• 氢氧化镁分解产生氧化镁覆盖在可燃物表面，能起到一定的物理隔热作用；

• 氢氧化镁分解产生的大量水蒸汽冲淡了气相燃烧区中可燃物浓度；

• 氢氧化镁分解产生水蒸汽不参与增强CO释放的水汽反应。

• 滑石粉是一种价格低廉、综合性能较好的填料。滑石粉填充PP通常分为两类：一类是填充量为30％～40％，对PP改性后可提高热变形温度和弯曲模量；另一类是填充量为10％～20％，可提高PP的表面光洁度。滑石粉填充改性PP可提高其弹性模量和抗冲击力，减少收缩性。由于滑石粉的机械特性和平面结构对PP的晶形排列有很大影响，稍微增加一点滑石粉的量，就会改变PP的晶形状态，而PP的晶形改变是引起宏观效应的主要原因。在滑石粉中加入3％～5％的加工助剂，注塑压力降低30％，成膜温度降低20～30℃。

• 碳酸钙填充改性PP以后，刚性、黏度及耐热性得到提高，模塑产品韧性、模量得到提高，热变形温度降低。碳酸钙的量过低或过高都不能得到满意效果，填充量超过50％时，某些性能如拉伸强度等随着碳酸钙量的增加而降低；低于10％时，不能明显地提高PP的力学性能，一般来说，碳酸钙的填充量在20％～40％时比较好。

大多数无机填料具有一定的酸碱性，表面有亲水性基团呈极性；而聚合物则呈疏水性、非极性。又如热膨胀系数、熔点、密度等差异很大，因此两者之间的相容性差，为了改善填料和聚合物基体间的界面结合，必须采用适当的方法对无机填料表面进行改性处理，这对于改善聚合物复合材料的最终性能至关重要。

填料表面处理作用机理有两种基本类型；一是表面物理作用，包括表面涂(包)覆和表面吸附，填料表面与处理剂的结合是分子间作用力；二是表面化学作用，包括取代、水解、聚合和接枝等，填料表面与处理剂通过化学反应形成化学键而结合。对填料的处理方法有高级脂肪酸处理法、偶联剂处理法、低分子量聚烯烃处理法、等离子体处理法等。

尽管表面处理方法很多，偶联剂处理是无机填料表面改性的最为基本、通用方法。偶联剂分子的一部分基团可与填料表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键合；另一部分基团可与有机聚合物基料发生化学反应或物理缠绕，从而将两种性质差异很大的材料牢固地结合起来。其分子结构表示如下：(RO)x 一 M — Ax，其中：RO 一 易于水解或交换反应的短链烷氧基；M 一 中心原子，如硅，钦，铝，硼等；A 一 与中心原子结合稳定的较长链亲有机基因。常用的偶联剂有：钛酸酯偶联剂、铝酸酷偶联剂、硅烷偶联剂、硬脂酸皂类等。偶联剂改性是填料改性中应用最广、发展最快的一种技术。

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