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伊利石對天然橡膠有非常優異的改性作用

發布時間:2016/12/07 點擊量:

伊利石是一種常見的黏土礦物,從礦物學意義上講,伊利石系指呈膠體分散狀態的水白云母,但一般已將伊利石視為水白云母的同義詞,屬于富鉀的硅酸鹽黏土礦物,因最早發現于美國的伊利諾斯州而得名。其代表性晶體化學式為:K0.75(Al1.75R2+0.25)(Si3.5Al0.5)O10(OH)2,伊利石呈白色鱗片狀,玻璃光澤,集合體為土狀光澤,硬度1~1.5,比重2.6~2.9。解理平行{001}完全。因其天然粒度細,分散性好,可作塑料、橡膠、造紙、油漆等的填充劑使用。

利用伊利石作為主要原料,經過粉碎、表面改性等加工,作為橡膠填料,應用于天然橡膠中取代或部分取代昂貴的炭黑,既可降低橡膠的成本,提高其性能,又可充分利用伊利石礦。本研究采用的是福建大田縣伊利石,在當地伊利石礦價格低廉,使用價值低,僅用于陶瓷原料燒制日用陶瓷。根據目前市場情況,伊利石制成橡膠填料后價格約在1000 /t,大大提高了伊利石的價值,使礦產資源得到了更好的利用,同時也推動了當地經濟發展。

實驗部分

1.1 主要原材料

實驗原料為福建大田縣伊利石;天然橡膠;鋁鈦復合偶聯劑;其它試劑均為市售。

1.2 試驗設備

振動磨XZM-100;快速研磨機KNM;雙輥筒塑煉機SK-160B;平板硫化機2LB-400×400×2;橡膠硬度計LX-A;拉力試驗機XL-250A;D/MAX-3BX 射線粉晶衍射儀;quanator-200 掃描電鏡。

1.3 伊利石的粉碎與改性

先將伊利石樣品烘干,再在振動磨中振動10min,之后在快速研磨機中研磨20min。將研磨好的樣品在105下烘干2h,稱取一定質量的伊利石加入到500ml 的三口燒瓶中,加入一定量的鋁鈦復合偶聯劑,在一定的溫度下攪拌改性,攪拌轉速為1500r/min。通過改變偶聯劑的加入量、反應溫度及改性時間,進行多組實驗。確定最佳改性條件為:改性溫度110,改性時間30min,偶聯劑添加量為1.2%。

1.4 硫化膠的制備

試驗膠的配方為:天然橡膠,100;硫磺,2.5;促進劑D,1;促進劑M,1.5;氧化鋅,5;硬脂酸,1;防老劑RD,1;防老劑4010NA,1.5;鄰苯二甲酸二丁酯,1.5;填料,50。橡膠填料分別為:活性伊利石、炭黑、輕質碳酸鈣、伊利石。硫化膠試樣制備:首先將天然橡膠塑煉至包輥,然后依次加入各種配合劑。在開煉機上混煉均勻后打三角包,繼續混煉至包輥。取出膠料陳化24h 后,在150、15MPa 壓力下硫化制得硫化膠。

1.5 樣品測試

采用D/MAX-3BX 射線粉晶衍射儀對樣品進行收稿日期:2008-11-20 分析。檢測條件:Cu靶,電壓40kV,電流50mA,掃描速度12。/min?;瘜W成分分析,采用X熒光PANalytical Axios advanced XRF( 荷蘭) 檢測。

硫化膠片拉伸強度測試按GB/T 528-1998,撕裂強度測試按GB/T 529-1991,硬度測試按GB/T 531-1998 進行。

結果與討論

2.1 化學組成及物相分析

伊利石的化學成分采用X 熒光分析。其化學成分(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 為主。

伊利石的物相采用X 射線粉晶衍射進行檢測,見圖1。由圖1 可看出,原礦中含有約30%的伊利石、45% 左右的石英及微量的長石,10% 左右的高嶺石。

2 為伊利石的掃描電鏡照片。由圖2 可看出,伊利石的片層狀結構以及夾雜少量的石英顆粒。

混合粉體中片狀的伊利石、高嶺石與粒狀的石英,它們的工藝物理化學性能具有相似性、互補性,能夠提高填料的堆砌效果,即在以片狀為主的礦物填料中摻入顆粒狀填料,可使薄片之間距離撐開,有利于樹脂充填,使礦物填料達到最佳的增強效果。因此,該種粉體適宜于做填料。

2.2 伊利石的超細粉碎

伊利石超細粉碎后的粒徑分布,見圖3。由圖3 可看出,其粒度分布在0.92~19.5μm,平均粒徑5.06μm,分布比較均勻,這使其在橡膠中的填充有利于減輕對復合材料力學性能的影響。

2.3 不同填充料對天然橡膠性能的影響

在基本配方的基礎上,添加不同的橡膠填料,填充量為50 份,制備天然橡膠硫化膠,測試其硫化膠性能,結果見表1。

由表1 可看出,活性伊利石填充體系的拉伸強度為23.0MPa,300% 的定伸應力為5.0MPa,均優于未改性伊利石、炭黑和輕質碳酸鈣填充體系;耐熱空氣老化的效果優于炭黑和輕質碳酸鈣填充體系;撕裂強度稍低于炭黑和輕質碳酸鈣填充體系;拉斷伸長率和硬度變化不大;磨耗減量大于炭黑體系,低于輕質碳酸鈣體系。

由上可知,活性伊利石可用于天然橡膠的補強填充,其填充效果優于輕鈣,部分性能超過了炭黑。

結論

1. 伊利石的化學成分以SiO2、Al2O3、K2O 為主,原礦中含有約30% 的伊利石,45% 左右的石英及微量的長石,10% 左右的高嶺石。

2. 活性伊利石填充體系的拉伸強度為23.0MPa,300% 的定伸應力為5.0MPa,均優于未改性伊利石、炭黑和輕質碳酸鈣填充體系;耐熱空氣老化的效果優于炭黑和輕質碳酸鈣填充體系;撕裂強度稍低于炭黑和輕質碳酸鈣填充體系;拉斷伸長率和硬度變化不大。

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