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矿物粉体在塑料加工中应用的新趋势 |
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作者： 来源：雅式工业专网 |
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矿物粉体材料在塑料中应用成效显着。无论从使用的品种数量上，还是从所发挥的改性作用上，拟或是从经济及社会效益上都是可以充分肯定的。多年的实践表明，应用技术的创新是矿物粉体材料得以获得广泛深入应用的关键，也必将是继续扩大应用领域和发挥更大作用的必由之路。
表面处理技术及处理剂的创新
粉体颗粒化学组成的多样性和表面性质的复杂性决定了表面处理技术及助剂不可能是唯一的。如：
1）滑石粉的颗粒形态和表面性能与碳酸钙截然不同，一些成功用於重钙和轻钙表面处理的助剂，如硬脂酸、铝酸酯、钛酸酯等，在用於活化处理滑石粉时显得极不匹配，一些企业使用硅烷偶联剂反倒有较好效果。
2）为了尽量减轻矿物填料对基体塑料（主要是聚乙烯）透光度的影响，近期流行起来无水硫酸钠（元明粉）为主要成分的填充母料，在PE薄膜、管材等制品中有较好透明效果。但随之而来的问题，一是容易吸附水分成为带结晶水的物质，在制品表面结出白霜，另一问题是强酸强碱盐型的硫酸钠对塑料加工设备、模具的腐蚀不可避免。重庆嘉世泰塑料改性材料应用研究所自行合成含Si—C键的硅基偶联剂和RA型稀土接枝脂肪酸盐透光剂，用於处理无水硫酸钠和滑石粉都取得预期效果，是沿着高效、专用助剂创新的有益尝试。
3）南京协和化学有限公司不断改进用於PVC型材的轻钙表面处理剂，研制成功的XH系列改质剂显示出大大优於传统表面处理剂的态势。最近研制成功的XH-CB01型功能改质剂不仅可以改善PVC型材的加工性能，而且在提高碳酸钙用量近一倍情况下，仍能使PVC型材的物理机械性能达到相当高的程度。ATM-310B和ACR在PVC型材中使用效果比较
 核壳结构微纳米复合技术
核壳结构微纳米复合技术预示矿物粉体全新的高附加值应用方向。
1）清华大学粉体工程研究室已经实现核壳结构功能性复合粉体制备的工业化。例如微纳米颗粒复合技术已成功用於碳酸钙颗粒表面的纳米化包覆，改变了普通碳酸钙颗粒的表面形貌，比表面积显着提高，在塑料、涂料和纸张等高分子材料中的应用试验显示出可提高材料性能和加工性能。
2）大连天元精细化工有限公司的专利技术—超低玻璃化温度弹性体复合改性PVC高效加工助剂ATM就是以无机刚性粒子为核，在表层形成丙烯酸酯类接枝於烷基丙烯酸酯弹性体的包覆物，和传统使用的ACR相比，不仅对PVC的改性作用更为优异，而且使用成本显着降低。在PVC型材配方一定的情况下，用ATM-310B取代ACR，可达到相同甚至更好的物理机械性能，但因ATM为核壳结构，因此在使用成本上有明显竞争优势。
3）合肥圆融新材料有限公司研制成功核壳结构的TMCC，对ACS/PVC合金体系增韧效果显着。水相法生产的ACS，因没有明显的海岛结构，使ACS/PVC体系呈明显脆性，以无机粉体刚性粒子为核，表面包覆一层适度交联的弹性体为壳的TMCC，较之MBS、ABS高胶粉、抗冲型ACR等，不仅增韧效果显着，而且对ACS/PVC合金的刚性和耐候性影响小，使用成本也具显着优势。
TMCC对ACS/PVC体系有较好的增韧作用，在热变形温度提高的情况下，使用6%的TMCC，并配合适量ACR可将ACS/PVC体系的IZOD缺口冲击强度提高到三倍多，而此时材料仍能保持良好的强度和刚性。
4）将不导电的非金属矿物粉体表面上沉积一层具有一定导电性的物质制成浅色导电填料应当成为解决塑料材料抗静电的新思路。东华理工大学根据SnO2晶体中如掺杂一定量的其它金属离子，使其晶格产生缺陷即能具备半导体特性这一原理，在廉价的石英粉末表面包覆一层掺杂Sb2O3的SnO2，制成以石英为核，表面可导静电的浅色抗静电填料。他们实验室制成的这种抗静电填料本身的电阻率为6×106Ωcm，用於配制抗静电涂料，其电阻率达1.57×107Ωcm，其抗静电性能达到国家“液体石油产品抗静电安全规程”标准的要求。
填充塑料材料的轻量化
填充塑料材料的轻量化应成为重点攻关课题。非金属矿物的真密度比合成树脂通常都要大二、三倍，有的甚至5倍。
尽管矿物填料在质量上一比一地代替了基体塑料，但它所占有的体积仅为同样质量的基体塑料的几分之一，如果矿物填料的颗粒与基体树脂紧密接触，没有空隙的话，那么这种体积上的差别将直接影响到以面积或长度计量的塑料材料及制品的数量。在使用填料降低制品成本，增加经济效益的同时，又会出现因长度、面积、制品个数减少的负面效应。
如果仅仅是填料可以代替一部分合成树脂，在合成树脂原料丰富的今天，已经不是塑料加工企业是否使用填料的决定因素了。因此，如果在管材、型材特别是注塑制品加工时能够使用填料又不增大其密度或增加的幅度在可以忍受的范围内，那么在塑料中使用矿物填料的机会将大大增加。
不过，需要指出的是有的塑料制品对填料带来的增重负面影响不敏感，甚至需要提高塑料材料的密度，如海水养殖用的塑料网坠，音箱的壳体（质量大音响效果好）以及一些家电的底座等。也有一些情况显现出制品的长度或面积对填料密度不敏感，即在最终的塑料材料及制品中，同样质量的物料得到的长度、面积变化不大，如单向拉伸的聚丙烯扁丝、打包带、撕裂膜以及聚乙烯吹塑薄膜、中空容器等，这主要是因为这些塑料制品在加工过程中，基体塑料被拉伸或吹胀，分子之间出现空隙，大分子与填料粒子之间也出现空隙，使填充材料的密度上升不多，更重要的是这种填充体系的性能仍能满足使用要求，凸现出使用填料降低成本的优势。
光钙型环境友好型塑料
环境友好的塑料材料也成为新世纪中塑料工业可持续发展战略的重要内容之一，光钙型可降解环境友好塑料材料就是最具典型性的改性塑料产品。顾名思义光钙型可降解环境友好塑料材料中碳酸钙（CaCO3）占有相当比例，至少达30%以上，同时添加有适量光降解剂，在使用後不论是焚烧还是填埋都很容易被环境消纳。
使用CaCO3可以大幅度减少塑料耗用的石油资源和能源，CaCO3等非金属矿物有利於塑料材料的降解，CaCO3的存在有利於聚乙烯塑料的焚烧，对填埋後地下水质无有害影响。
透明型填充母料
填料本身的颜色并不代表填料分散到基体塑料中以後整个填充材料的色效应。除非像木粉、炭黑等能使填充材料显着着色，高度透明的填料在基体塑料中一般呈浅灰色。若填料仅有单一的折光指数且与基体塑料的折光指数相近，只要填料颗粒表面能被基体树脂完全润湿，则填充材料具有光学意义上的透明性。
以矿物粉体为主要原料制成的，能够使塑料保持良好透光性的填充母料称之为透明型填充母料。使用透明型填充母料应注意到以下几点：
* 基体塑料本身具有一定的透明度，使用透明型填充母料并不能将填充体系的透光率提高到纯基体塑料的透光率以上；
* 通常使用的矿物及粉末本身并不透明，所谓透明母料是指矿物粉末充分分散到塑料基体中後，对其原有的透明性影响较小；
* 同样的填充体系，因制作工艺的适当与否，往往对加有填料的塑料材料及制品的透明性有着重要影响，所以首先要将基体塑料的加工工艺调整到最有利於透明性的状态；
* 在保持填充塑料材料及制品有良好透明度的同时，还必须注意到填充材料的力学性能以及对加工设备模具腐蚀和磨损问题，否则会得不偿失，影响用户的使用信心。如长石和霞石的透光性好，但其莫氏硬度高达6.0左右，对氮化钢为主要材料的塑料加工设备（螺杆、螺筒等）的磨损可能相当严重。
碳酸钙之所以得到广泛应用是它的综合效果良好，价格又绝对低廉，只是由於它的两个折光指数与常用的PE、PP、PVC等塑料相差较大，不能在透明型填充母料中使用。
近期受到关注的另一种透光效果比较好的矿物填料是硫酸钠（Na2SO4），因其在聚乙烯管材和薄膜制品中分散良好，且对透光性影响小，迅速推广开来。
目前使用这种透明型母料所暴露出的最大问题是加工机械容易被腐蚀生锈和制品表面出现粉垢。因此使用无水硫酸钠做透明母料的关键之一就是要将其颗粒粉碎到一定细度後完整地包覆好，用有机物质将其与外界完全隔离开来，当然首先是要将粉末中可能的水份完全排除，这就需要在操作工艺上严格把关。
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(6/19/2010) |
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