礦物粉體材料是塑料加工行業中使用的量大面廣、不可或缺的原材料，對提高塑料材料性能價格比、擴展功能性應用、節約資源和能源、環境保護作用等方面起著至關重要的作用。

1、礦物粉體材料對塑料工業意味著什么？
 
（1）節省石油資源和能源
 
　　用相對供應豐富的礦物粉體材料部分代替以石油為主要原料的合成樹脂，每年可減少數百萬噸合成樹脂的使用，為國家節省石油資源。
　　相對合成樹脂產品從石油勘探、開采、運輸、裂解、合成整個過程所需的能源消耗，各種礦物粉體的生產要簡單得多，1噸產品的投資和能耗僅及合成樹脂的數十分之一，能源的節省更為明顯。
 
（2）降低原材料成本，提高塑料制品的市場競爭力
 
　　幾乎所有礦物粉體材料的價格都低于合成樹脂，在滿足填充塑料制品使用性能的前提下，可顯著降低塑料制品原材料的成本。在一般塑料制品的成本中，原材料成本占到50%-70%，原材料成本的降低意味著塑料制品總成本的下降，市場競爭力的提高。
 
（3）改善、提高塑料材料的某些性能
 
　　礦物粉體材料填充改性塑料不僅可以起到增量、降低成本的作用，而且對于所填充的基體塑料有顯著的改性作用。我們可以在剛性、韌性和強度三個方面加以選擇，在保持填充塑料整體性能良好的前提下，使某方面的性能按預期的方向得到改善、提高。
 
（4）賦予塑料材料新的功能
 
　　研究表明，滑石、高嶺土和云母粉都可以提高塑料薄膜的紅外線阻隔性，使農用大棚膜的保溫性更佳。沉淀硫酸鋇可賦予聚丙烯塑料表面高光澤度，硅灰石粉有利于提高塑料材料表面硬度，水鎂石兼具填充、阻燃、消煙三大功能。
 
（5）礦物粉體材料具有環保性
 
　　廢舊塑料制品難以降解，給景觀和生態環境帶來危害。近年來碳酸鈣等無機粉體材料在制造環境友好塑料材料方面的研究成果表明，科學、合理地使用碳酸鈣等粉體材料是目前減輕“白色污染”，使不易回收的包裝袋、膜等塑料材料安全重返大自然的重要舉措。
　　無論是塑料制品的總量迅速增加，還是在新的應用領域開拓進展，礦物粉體材料在塑料中應用的前景都非常遠大，而且無論對塑料產業本身的發展，還是對建設創新型、節約型社會，實現國民經濟可持續發展都將發揮重要的，不可替代的作用。
 
2、塑料工業常用的礦物粉體材料有哪些？
 
　　塑料工業常用的礦物粉體材料有碳酸鈣（重鈣、輕鈣、納米鈣）、滑石、高嶺土、硅灰石、水鎂石粉、云母粉等諸多品種，以填充增量為主要目的，一般可用到幾十到幾百phr（以基體樹脂為100份時，填充材料的質量份數），以改善性能和降低成本為目的，一般可用到十幾份到幾十份。
 

▼礦物粉體材料的品種、添加比例和作用

 
（1）碳酸鈣
 
　　碳酸鈣是塑料中使用的粉體材料中最重要的一類，年用量700多萬噸，占塑料粉體材料用量的70%。碳酸鈣作為填料使用較之其他粉體材料具有的優勢為：
 
①價格低廉；
②無毒、無味、無刺激性；
③色白，易著色，對其他顏色干擾??；
④硬度低，對加工設備及模具的磨損輕；
⑤化學穩定性好，與大多數基體塑料不發生化學反應，也不會使基體塑料的大分子降解或交聯；
⑥熱穩定性好，熱分解溫度在800℃以上；
⑦易干燥，無結晶水，水分易除去。
 
（2）滑石
 
　　滑石是塑料使用的僅次于碳酸鈣的第二大類礦物粉體材料，每年用量上百萬噸。利用滑石顆粒的片狀結構可以提高基體塑料的剛性和耐熱性，因此從這一目的出發對滑石的要求即在達到較小粒徑的同時，應具有較大的徑厚比。
　　滑石和云母、高嶺土等含硅元素的礦物粉末對紅外光有阻隔作用，可以用來做農用塑料棚膜的保溫劑?；淖韪粜Ч畈?，但價格最低且使用方便，仍是使用的主流。對于這種用途的滑石不要求有大的長徑比，只要求粒徑小和色澤好即可。
　　近年來滑石大量被用于聚乙烯塑料薄膜，主要原因是滑石的折光率與聚乙烯基體塑料較為接近，使用滑石為填料，較之重鈣等填料，可以使聚乙烯薄膜有更好的透光性。
 
（3）高嶺土
 
　　由于價格的原因和使用不很方便，煅燒高嶺土僅用于提高基體塑料的電絕緣強度。近年來發現高嶺土對紅外線阻隔作用顯著，可以在農用塑料棚膜中作為保溫劑使用。
　　高嶺土填充塑料，可以在不顯著降低延伸率和沖擊強度的情況下，提高玻璃化溫度較低的熱塑性塑料的拉伸強度和模量。高嶺土加入到聚丙烯中還可以起到成核劑作用，可使聚丙烯的結晶數量增多，晶粒尺寸減小，從而提高剛性和強度。
 
（4）云母
 
　　云母主要用于提高塑料制品的剛性和耐熱性，加工過程中必須妥善保持其片狀顆粒的高徑厚比，否則不易達到增強的效果。云母的透光性使得它在農用塑料薄膜中的應用成為可能。在幾種同樣具有散光和阻隔紅外線功能的無機填料中，填加云母的薄膜在透光率降低微小的情況下可大大提高散光率，同時對7-25nm波長的紅外線的阻隔作用最好。
 
（5）硅灰石
 
　　在塑料基體中分散狀態良好的針狀硅灰石有助于提高基體塑料的拉伸強度和撓曲強度。硅灰石還有助于提高填充塑料的耐水性，可以改進在潮濕環境下使用的尼龍制品的吸水性，尼龍吸水后將導致強度和模量的明顯下降。
 
（6）鎂、鋁氫氧化物
 
　　氫氧化鎂和氫氧化鋁加入到塑料中可兼具填充、阻燃、消煙三大功能，是當前研制生產低煙無鹵阻燃塑料首選的阻燃材料。
 
（7）蒙脫石
 
　　蒙脫石是一種層狀硅酸鹽礦物，由于能夠用來制作納米塑料，近年來得到各界高度重視。例如含有4.2%蒙脫石的尼龍6，較之純尼龍6拉伸強度提高50%，模量提高一倍，熱變形溫度提高近90℃，同時透明度提高，吸水性下降，而材料的抗沖擊性能基本不變。這是因為蒙脫土的片層以納米尺度均勻分散在尼龍6基體中成為剝離型復合材料，即形成了真正意義上的納米塑料。
 
3、塑料工業對礦物粉體材料性能有哪些要求？
 
　　塑料工業對礦物粉體材料的總體要求為：

①價格適當；
②雜質及有害成分盡可能地少；
③硬度盡可能低；
④使用簡單、方便；
⑤突出粉體材料的功能性。
 
（1）幾何特征
 
　　通常粉體材料作為填料使用。顆粒的形狀并不十分規則，但對塑料的性能來說，填料顆粒的幾何形狀對填充體系的物理機械性能有著重要的影響，因此粉體材料的顆粒形狀是使用時首先需要預以關注的。
 
（2）粒徑
 
　　填充改性技術重要一點是將粉體顆粒均勻地、盡可能一個一個地分散到塑料基體中，如同大海中的大大小小的島嶼，稱之為海島結構。一般填料顆粒的粒徑越小、分散越均勻，則填充體系的力學性能越好；但粒徑越小，加工成本越高，實現其均勻分散越困難。因此了解粉體顆粒的粒徑大小及其分布，根據實際需要加以選擇非常重要。
 
（3）比表面積
 
　　比表面積的大小對填料與樹脂之間的親合性、填料表面活化處理的難易與成本都有直接關系。
 
（4）表面自由能
 
　　填料顆粒表面自由能大小關系到填料在基體樹脂中分散的難易，當比表面積一定時，表面自由能大，顆粒相互之間越容易凝聚，越不易分散。在填料表面處理時，降低其表面自由能是主要目標之一。
 
（5）密度
 
　　填料的表觀密度與填料顆粒堆砌狀態有關。在塑料填充改性領域真正影響填充體系整體密度的是填料單個顆粒的密度以及它們在塑料基體中的存在形式，如是否凝聚在一起，以及和基體塑料分子之間有無空隙等。
 
（6）吸油值
 
　　單位質量的填料能夠吸收增塑劑二辛酯（DOP）的量稱之為吸油值。
 
（7）硬度
 
　　填料顆粒本身的硬度具有雙重性，一方面硬度高的填料可以使填充塑料材料的耐磨性提高，另一方面由于加入了填料，尤其是硬度高的填料，填充體系在加工過程中容易對物料所接觸的加工設備與模具的表面造成磨損。
 
（8）白度
 
　　填料的白度高低對所填充塑料材料及制品的色澤乃至外觀致關重要。
 
（9）折射率
 
　　當粉體填料的折射率與塑料基體的折射率相同或相近時，填充塑料對光的遮蓋性影響較小，反之填充塑料對光的遮蓋作用就強。
 
（10）光線的吸收和反射
 
　　紫外線可使聚合物的大分子發生降解。在農用大棚膜中使用云母、高嶺土、滑石等填料，可以吸收和反射紅外線，降低紅外線的透過率，提高農用大棚膜的保溫效果。
 
（11）熱性能
 
　　填充塑料加工大多都涉及加熱、熔融、冷卻定型等過程，填料本身的熱性能及其與塑料基體之間的差別會對加工過程產生影響。
 
（12）電性能
 
　　金屬是電的良導體，因此金屬粉末作為填料使用可影響填充塑料的電性能。非金屬礦物制成的填料都是電的絕緣體，從理論上說不會對塑料基體的電性能帶來影響。填料在粉碎和研磨過程中，由于價鍵的斷裂，有可能帶上靜電，形成相互吸附的聚集體，在制作細度極高的微細填料時更容易發生。
 
（13）磁性能
 
　　具有磁性的粉末物質可用來制作磁性塑料。
 
（14）熱化學效應
 
　　高分子聚合物容易燃燒，大多數填料由于本身的不燃性，可以起到減少可燃物濃度、延緩基體燃燒的作用。
 
4、礦物粉體材料在塑料中應用的技術創新及發展趨勢
 
　　礦物粉體材料在塑料中應用的實踐表明，應用技術的創新是礦物粉體材料得以廣泛深入應用的關鍵，也必將是繼續擴大應用領域和發揮更大作用的必由之路。
 
（1）礦物粉體表面處理技術及相應處理劑的創新
 
　　粉體顆?；瘜W組成的多樣性和表面性質的復雜性決定了表面處理技術及助劑不可能是唯一的、以不變應萬變的，必須加強表面改性技術和改性劑的創新發展，方能更好的將礦物粉體材料應用于塑料工業。
 
（2）核殼結構微納米復合技術
 
　　以相對低廉的無機粉體材料為核，將功能助劑以分子形式沉積在粉體顆粒的表面，不僅有助于助劑的分布和分散，而且不影響其功能性，從而可以獲得更高的性價比，有時還會基于剛性粒子增韌理論，獲得更佳的協同效果。
　　多數塑料材料兼具高的表面電阻率和低的介電常數，因而在其表面極易積聚電荷，即靜電。靜電引起的問題小則是吸塵、帶相同電荷的物體相互排斥，大則放電引起電擊，甚至導致火災或爆炸。將不導電的非金屬礦物粉體表面上沉積一層具有一定導電性的物質制成淺色導電填料應成為解決塑料材料抗靜電的新思路。
 
（3）填充塑料材料的輕量化
 
　　非金屬礦物的真密度比合成樹脂通常大2-3倍，如果在管材、型材特別是注塑制品加工時使用填料又不增大其密度或增加的幅度在可以接受的范圍內，那么塑料中使用礦物填料的機會大大增加。
 
（4）光鈣型環境友好型塑料
 
　　已往的塑料材料主要通過追求完美的使用性能而不考慮或較少考慮使用后在自然環境中的可消納性，造成環境的“白色污染”。在新世紀中，實行綠色生產、綠色消費，重視產品生產、使用過程中、使用后這三個階段與環境的可協調性，稱之為環境友好材料。
 
（5）透明型填充母料
 
　　以礦物粉體為主要原料制成的，能夠使塑料保持良好透光性的填充母料稱之為透明型填充母料。如何在保持塑料材料較好透光性的同時還能具有良好的力學性能，避免或減輕諸如設備磨損、腐蝕和制品表面出現粉垢等負面影響，是透明型填充母粒的難點。
　　在塑料中更多、更好地應用礦物粉體材料，不僅是成本利潤的驅動，更應該提升到在科學發展觀指引下，實現可持續發展，建設資源節約型和環境友好型社會的目標上來。唯有加緊科研開發和成果轉化的步伐，加強不同行業之間的了解與合作，才能不斷開創礦物粉體材料在塑料中應用蓬勃發展的新局面。
 

無機粉體表面改性技術與裝備高級研修班
2019年9月中旬中國地質大學（北京）

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培訓咨詢

 
主要培訓內容：

無機粉體表面改性原理和應用
有機化表面改性
無機包覆
插層改性
粉體表面改性效果評價
粉體改性及其在塑料橡膠等領域的應用、生產與應用實踐
其他培訓內容
 

來源：粉體技術網
 

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