硅灰石粉的針狀結構使其可用作塑料、橡膠、尼龍等高聚物基復合材料的無機增強填料。但未經表面處理的硅灰石粉與有機高聚物的相容性差,難以在高聚物基料中均勻分散。必須對其進行適當的表面改性,以改善其與高聚物基料的相容性,提高填充增強效果。例如,用硅烷偶聯劑處理的硅灰石填充尼龍后,可顯著提高材料的拉伸強度、彎曲強度、彈性模量和彎曲模量。表面改性好的硅灰石纖維填充到聚乙烯中,能改善其強度和電絕緣性能;填充聚丙烯,與未改性的硅灰石填料相比,在填充量相同條件下,材料的拉伸強度、彎曲強度等顯著提高。 硅灰石粉體的表面改性主要采用化學方法。常用的表面改性劑有硅烷偶聯劑、鈦酸脂、鋁酸脂偶聯劑、表面活性劑及甲基丙烯酸甲酯等。 1.硅烷偶聯劑改性 是硅灰石粉體常用的表面改性方法之一。一般采用干法改性工藝。偶聯劑的用量與要求的覆蓋率及粉體的比表面積有關。用氨基硅烷處理硅灰石時,用量一般為硅灰石質量的0.5%~1.5%;甲基丙烯含氧硅烷的用量為硅灰石重量的0.75%左右,這兩種改性產品分別填充尼龍6和聚酯代替30%的玻璃纖維可顯著提高制品的力學性能。 2.表面活性劑改性 用硅烷偶聯劑處理硅灰石,可改善其與聚合物的相容性,增強填充效果,但硅烷偶聯劑改性生產成本較高。因此,在某些應用條件下,可用較便宜的表面活性劑,如硬脂酸、季銨鹽、聚乙二醇、高級脂肪醇聚氧乙烯醚(非離子型表面活性劑)等對硅灰石粉進行表面處理。這些表面活性劑通過極性基團與顆粒表面的作用下,覆蓋于顆粒表面,可增強硅灰石填料的親油性。 3.有機單體聚合反應改性 有機單體在硅灰石粉體/水懸浮液中的聚合反應試驗結果表明,其聚合體可以吸附于顆粒的填料,可降低涂料的的沉降性,增強分散性。目前選擇在硅灰石粉體/水懸浮液中進行聚合反應的單體是甲基丙烯酸甲酯。 4.鋁酸酯和鈦酸脂偶聯劑改性 選用適當品種的鋁酸酯和鈦酸脂偶聯劑對硅灰石纖維進行改性,可提高其在
樹脂中的填充性能,顯著提高填充材料的彈性模量、彎曲模量和彎曲強度,并顯著改善拉伸強度和沖擊強度。