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無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用

來(lái)源：塑料五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2013-09-03 09:38:05點(diǎn)擊率：

　　【塑膠五金網(wǎng)】摘 要： 無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中得到廣泛應(yīng)用，已成為塑料制品的主要添加材料。本文 介紹了無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用概況，分析了應(yīng)用效益，并簡(jiǎn)述了無(wú)機(jī)礦 物材料在塑料中的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞： 無(wú)機(jī)礦物 塑料 應(yīng)用

　　1 前 言

　　目前，我國(guó)塑料制品年產(chǎn)量達(dá)到約2000萬(wàn)t，有2/3的塑料制品需要利用填充、共 混、增強(qiáng)等改性技術(shù)，無(wú)機(jī)礦物材料已成為塑料制品的重要改性原輔材料，無(wú)機(jī)礦物新 材料不斷出現(xiàn)，無(wú)機(jī)礦物材料年需求量不斷增長(zhǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

　　無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用，已不僅僅是起到降低塑料制品原料成本的作用，它 的優(yōu)異性能可明顯改善塑料制品的物理性能和力學(xué)性能，并可在光、熱和微生物等自然 條件下，被自然環(huán)境消納，成為環(huán)境友好材料，減小廢棄塑料對(duì)環(huán)境造成的污染。因 此，大力開(kāi)發(fā)推廣無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社 會(huì)效益。

　　2 無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用

　　早在二十世紀(jì)六七十年代，無(wú)機(jī)礦物材料已在高分子材料中得到推廣應(yīng)用，二十世 紀(jì)八十年代初，無(wú)機(jī)礦物材料已成為塑料制品中的主要添加材料，特別是近幾年來(lái)，無(wú) 機(jī)礦物材料在塑料制品中不只是填充材料，也是塑料改性、增強(qiáng)、增韌等方面的重要手 段 得到了生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品用戶及市場(chǎng)的共同認(rèn)可。我國(guó)無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中年使用 量達(dá)到300萬(wàn)t以上。

　　2.1 碳酸鈣在塑料中的應(yīng)用

　　碳酸鈣 (CaCO3) 是塑料中應(yīng)用量 大的填料，占80%以上。碳酸鈣作為填料在 塑料中應(yīng)用有以下優(yōu)點(diǎn)：

　?、儋Y源豐富，來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，全國(guó)各地大都有分布，主要以四川寶興、廣 西、貴州等地品質(zhì)較佳。

　?、跓o(wú)毒、無(wú)味、無(wú)刺激，達(dá)到美國(guó)藥典、美國(guó)食品及藥物管理局規(guī)定的接觸食品的 標(biāo)準(zhǔn)。

　?、郯咨凵渎市?，易于著色，可與多種助劑和樹脂混合，并獲得理想的色彩。

　　④硬度小 (莫氏硬度3)，熱穩(wěn)定性好(耐熱溫度高達(dá)550℃左右)。

　?、莞稍铮缓Y(jié)晶水。

　　⑥粒度分布廣，粒度分布可滿足高分子材料要求且可控制。

　?、咭着c助劑進(jìn)行表面包覆或交聯(lián)，以改善塑料的熔體流動(dòng)性。

　?、嗉庸し€(wěn)定性好，可減少塑料制品的收縮率及凹陷。

　　目前，國(guó)內(nèi)塑料制品中年需碳酸鈣約240萬(wàn)t，重質(zhì)碳酸鈣約占80%，輕質(zhì)碳酸鈣 約占20%，重鈣用量 大的是粒徑400目產(chǎn)品，隨著對(duì)塑料制品的性能要求越來(lái)越高， 1250目、1500目的超細(xì)碳酸鈣用量逐漸擴(kuò)大。但由于工藝技術(shù)的限制，2000目以上的 碳酸鈣粒徑過(guò)小，在加工過(guò)程中不易分散或產(chǎn)生凝聚，目前應(yīng)用較少。

　　碳酸鈣主要用于聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等 高分子材料生產(chǎn)的薄膜、管材、片材、板材、型材等產(chǎn)品。

　　2.2 滑石粉在塑料中的應(yīng)用

　　滑石是一種水合硅酸鎂，隨產(chǎn)地的不同，其化學(xué)組分有所不同。我國(guó)滑石礦分布較 廣，遼寧海城、廣西桂林等地的滑石純度較高，白度較好。

　　由于滑石呈薄片構(gòu)型的粉狀產(chǎn)品，在塑料中是一種增強(qiáng)性填料?；蹆r(jià)格低 廉，具有片狀構(gòu)型，縱橫比高，雜質(zhì)含量少，熱穩(wěn)定性好，沖擊強(qiáng)度高，剛度大， 而滑石的硬度低 (莫氏硬度1)，折射率小，對(duì)大多數(shù)化學(xué)試劑呈惰性，與酸接觸不 發(fā)生分解。

　　采用滑石粉填充復(fù)合材料，呈現(xiàn)較高的剛度和抗蠕變性，在薄膜及薄制品中應(yīng)用， 不但能夠提高其物理力學(xué)性能，還可改善塑料制品的透光效果。

　　滑石粉在塑料制品中應(yīng)用較多的主要有800目、1000目、1250目、1500目等?；?石粉易吸潮，經(jīng)干燥后與偶聯(lián)劑交聯(lián)包覆，填充量可達(dá)20%～40%，廣泛用于聚丙烯、 聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高分子材料生產(chǎn)的板材、管材、片材、薄膜、 中空制品等，可與玻璃纖維混合使用，生產(chǎn)各種機(jī)械部件、導(dǎo)管、襯板、罩類及汽車的 儀表板、保險(xiǎn)杠、護(hù)板等。

　　2.3 高嶺土在塑料中的應(yīng)用

　　高嶺土是高嶺石礦的通稱，它是許多被稱為黏土的無(wú)機(jī)物中的一種，高嶺土的單晶 是一種雙層水合硅酸鋁，是由二氧化硅層和水鋁氧 (水合氧化鋁) 層化學(xué)結(jié)合而成的， 具有六角形片狀結(jié)構(gòu)。片徑比約為4：1～10：1。高嶺土的化學(xué)穩(wěn)定性極好。

　　高嶺土在二十世紀(jì)六十年代就已用于塑料的補(bǔ)強(qiáng)改性。由于其優(yōu)異的特性，近年來(lái) 在塑料中應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

　　高嶺土在塑料中使用時(shí)，要加入分散劑、偶聯(lián)劑對(duì)其表面進(jìn)行活化包覆處理。高嶺 土不但具有明顯的補(bǔ)強(qiáng)、增強(qiáng)效果，而且它的電性能、絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性也非常突 出。所以，作為電纜、電線外套的增強(qiáng)改性劑尤為適宜，特別是10KW以上的高壓電 纜，大都采用煅燒優(yōu)質(zhì)高嶺土，以保證其絕緣性和抗穿刺性。

　　高嶺土在我國(guó)北方使用的塑料大棚的薄膜中應(yīng)用，可改善棚內(nèi)光譜效果，提高塑料 薄膜的透光率，阻隔夜間紅外光散失。在塑料轉(zhuǎn)光膜中，提高光合利用率，增加農(nóng)作物 產(chǎn)量。

　　高嶺土在提高塑料的拉伸強(qiáng)度和模量的同時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度下降不明顯。 但是，高嶺土流動(dòng)性較差，煅燒高嶺土硬度高，易造成機(jī)械設(shè)備的過(guò)多磨損，要借助于 表面活性劑和增塑劑對(duì)其進(jìn)行表面處理，克服這些缺點(diǎn)，滿足生產(chǎn)工藝的需要。

　　2.4 硅灰石在塑料中的應(yīng)用

　　硅灰石是天然的硅酸鈣 (CaSiO3)，呈白色針狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)徑比 (L/D) 可達(dá)15：1， 是纖維狀的無(wú)機(jī)增強(qiáng)填料，具有極好的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，并且具有特別好的耐濕 性能。

　　硅灰石在塑料中應(yīng)用時(shí)，采用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)其進(jìn)行表面處理。硅灰石主要用于聚 酯、聚酰胺、聚丙烯、乙烯類溶膠等。硅灰石是塑料增強(qiáng)改性理想的無(wú)機(jī)材料，雖然在 塑料中硅灰石占填料的份額較少，大約5%，由于它的性能優(yōu)異，今后硅灰石在塑料中 的應(yīng)用量會(huì)有所增加。

　　2.5 云母在塑料中的應(yīng)用

　　云母是礦藏豐富、價(jià)格便宜的礦物材料，云母的高縱橫比是塑料中具有薄片狀特殊 型增強(qiáng)填料，云母分為無(wú)色透明和深色不透明 (主要有桃紅色、琥珀色、黃色、棕色、 綠色、紫色等)。

　　云母具有優(yōu)良的介電性能，耐化學(xué)試劑和耐腐蝕性能好，滲透性小，熱膨脹系數(shù) 小，制品硬度高，沖擊韌性好等。

　　云母主要用于聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酯、酚醛、環(huán)氧樹 脂、有機(jī)硅、聚氨酯等樹脂的填充改性?？缮a(chǎn)汽車零件、機(jī)械部件、棒材、管材、板 材等制品。由于云母薄片在加工時(shí)要取向平行制品表面，而云母在剪切作用下極易折 斷，要求在高流動(dòng)、低黏度、低剪切應(yīng)力下進(jìn)行加工生產(chǎn)，以保持云母的薄片結(jié)構(gòu)在制 品中發(fā)揮作用。

　　2.6 其他無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用

　　二氧化硅 (SiO2)，目前已有20多種不同形態(tài)的產(chǎn)品，一般使用以來(lái)源于石英巖的 天然微結(jié)晶石英的硅藻土為多。二氧化硅硬度高 (莫氏硬度7)，對(duì)加工設(shè)備磨損嚴(yán)重， 限制了它在塑料中的大量應(yīng)用。但二氧化硅賦予塑料制品的尺寸穩(wěn)定性、優(yōu)良的電絕緣 性，較好的導(dǎo)熱性和力學(xué)性能，并可降低生產(chǎn)成本，可在熱固性塑料、熱塑性塑料中應(yīng) 用，不但是塑料制品的填料，還是塑料制品的增量劑和增強(qiáng)劑。

　　硫酸鋇，也稱硫酸鹽、重晶石。來(lái)源于重晶石礦，用硫酸鈉處理鋇鹽，生產(chǎn)過(guò)氧化 氫的副產(chǎn)物。密度4.25～4.5g/cm3，白色、無(wú)臭、無(wú)味。在塑料中作為填料，可增加 比重，提高抗磨性，主要用于聚酯泡沫塑料，并可用于提高塑料制品比重的產(chǎn)品，并且 使其有較高的承載力。

　　除了以上介紹的無(wú)機(jī)礦物材料在塑料制品中已大量應(yīng)用外，尚有很多無(wú)機(jī)礦物材料 已在塑料制品中應(yīng)用，并取得了令人滿意的效果。如晶須類無(wú)機(jī)礦物材料可明顯提高塑 料制品力學(xué)性能等，由于篇幅有限，不再詳細(xì)敘述。

　　3 無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用效益分析

　　無(wú)機(jī)礦物材料本身不僅是一種功能材料，而且為新的功能材料的復(fù)合與開(kāi)發(fā)展現(xiàn)了 廣闊的應(yīng)用前景，在塑料中的應(yīng)用不但為生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，還產(chǎn)生了明 顯的生態(tài)效益和良好的社會(huì)效益。

　　3.1 無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用為生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益

　　無(wú)機(jī)礦物材料是涉及領(lǐng)域廣、用途范圍大的新型塑料功能性材料，它的開(kāi)發(fā)應(yīng)用， 帶動(dòng)了無(wú)機(jī)礦物材料的深加工，并成為高附加值的工業(yè)產(chǎn)品，也為塑料行業(yè)降低生產(chǎn)成 本，改善塑料制品性能，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)辟了新途徑。

　　無(wú)機(jī)礦物材料在我國(guó)分布極為廣泛，幾乎遍布全國(guó)各地，深加工企業(yè)有數(shù)千家，大 多以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主，產(chǎn)品主要在400～1500目為多。近幾年有江蘇、遼寧、四川、廣東 等地引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備，生產(chǎn)的產(chǎn)品粒度分布均勻、粒徑較小、質(zhì)量穩(wěn)定，為塑料行業(yè) 提供了較為優(yōu)良的改性材料。

　　無(wú)機(jī)礦物材料價(jià)格低廉，一般約占是塑料原料價(jià)格的5%～20%，塑料制品中加入 5%～20%的無(wú)機(jī)礦物材料，減去加工母料的生產(chǎn)成本因素，塑料加工企業(yè)塑料制品成 本可下降10%～30%，而有的高填充制品如打包帶、電纜填充繩等，母料份數(shù)達(dá)到 40%～80%，已成為塑料加工廠家獲取經(jīng)濟(jì)效益的主要措施。

　　目前河北省平鄉(xiāng)縣東風(fēng)塑料廠研制的高性能薄膜改性母料，在常用的聚乙烯背心 袋、購(gòu)物袋中加入35%～40%，碳酸鈣含量達(dá)到30%～35%，扣除碳酸鈣比重因素， 添加母料后，聚乙烯背心袋成本下降18%～20%，背心袋的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到并超過(guò) 國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠滿足市場(chǎng)的要求。

　　3.2 無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中應(yīng)用帶來(lái)了明顯的生態(tài)效益

　　“白色污染” 已成為塑料行業(yè)難以辯解的 “罪責(zé)”。實(shí)際上，大家知道塑料大部分 都是無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染的，由于國(guó)民素質(zhì)，形成了隨手丟棄固體廢物的不良習(xí)慣，加 上國(guó)家管理法規(guī)的不完善，以及對(duì)廢棄物再生利用的激勵(lì)扶持政策不到位，這些都是造 成 “白色污染” 的重要因素。

　　在塑料制品中填充無(wú)機(jī)礦物材料后，有利于塑料制品的自然降解。經(jīng)過(guò)應(yīng)用試驗(yàn)證 明，在聚乙烯吹膜中加入母料后，使膜中含碳酸鈣量達(dá)到30%時(shí)，制成的購(gòu)物袋在自 然環(huán)境中進(jìn)行暴曬試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)65～80d，斷裂伸長(zhǎng)率降低30%，在垃圾中掩埋180d， 斷裂伸長(zhǎng)率降低45%，半年后可自然分解成碎片。而在倉(cāng)庫(kù)中存放180d，各項(xiàng)性能指 標(biāo)與出廠時(shí)均無(wú)明顯變化。

　　因此，在一次性塑料制品中推廣應(yīng)用無(wú)機(jī)礦物材料，不但節(jié)約合成樹脂，降低生產(chǎn) 成本，而且為解決由塑料引起的“白色污染”、保護(hù)生態(tài)環(huán)境，開(kāi)辟了新途徑，使塑料 真正成為環(huán)境的友好材料。

　　3.3 無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益

　　無(wú)機(jī)礦物材料在塑料制品中應(yīng)用替代了高分子材料，節(jié)約了合成樹脂，為緩解我國(guó) 石油資源短缺做出了積極的貢獻(xiàn)。

　　全國(guó)塑料行業(yè)年使用無(wú)機(jī)礦物材料按300萬(wàn)t計(jì)算，扣除材料比重因素，每年節(jié)約 合成樹脂180萬(wàn)～200萬(wàn)t，大大緩解了我國(guó)塑料原料緊缺的局面，減少合成樹脂進(jìn)口， 為國(guó)家節(jié)約了大量外匯。

　　4 無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用前景

　　無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益，無(wú) 機(jī)礦物材料已成為塑料工業(yè)中不可缺少的重要原料之一，不但帶動(dòng)了無(wú)機(jī)礦產(chǎn)加工行業(yè) 的飛速發(fā)展，推動(dòng)了塑料行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，特別是近幾年超細(xì)粉體、納米粉體、特殊粉 體的新品種出現(xiàn)，彌補(bǔ)了塑料制品的某些不足和缺陷，為塑料制品提供了優(yōu)異的性能， 如增強(qiáng)、增韌、阻燃、保溫、隔熱、抗蠕變、抗沖擊等。

　　因此，無(wú)機(jī)礦物材料與塑料行業(yè)，不只是兩種行業(yè)的結(jié)合，兩類產(chǎn)業(yè)的協(xié)同，而是 相輔相成、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步不可分割的共同體。我國(guó)塑料工業(yè)每年以兩位數(shù)的 速度遞增，無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的應(yīng)用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)塑料制品的增長(zhǎng)速度，已占到塑料 制品總產(chǎn)量的15%～20%，并以年增長(zhǎng)率約20%～25%的速度增長(zhǎng)。

　　無(wú)機(jī)礦物材料在原來(lái)用于聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，目 前幾乎涉及數(shù)十種樹脂生產(chǎn)的絲、帶、膜、管、桶、瓶、汽車部件、電器部件、機(jī)械零 件等。添加量從原來(lái)的3%～20%，增加到目前5%～40%，有些產(chǎn)品無(wú)機(jī)礦物材料占 到制品重量的50%～60%，添加效果和作用，從為了單純降低生產(chǎn)成本，變?yōu)樘岣咚?料基材的某些性能，改善物理性能，特別是在一次性使用的塑料制品中加入一定量的無(wú) 機(jī)礦物材料時(shí)，可在使用后在自然環(huán)境中自然分解，有利于消除廢棄塑料產(chǎn)生的 “白 色污染”。

　　5 結(jié) 束 語(yǔ)

　　無(wú)機(jī)礦物材料與塑料行業(yè)是跨學(xué)科、跨行業(yè)的新興技術(shù)和材料的有機(jī)組合，得到了 無(wú)機(jī)材料與有機(jī)材料及塑料制品加工業(yè)的共同認(rèn)可。無(wú)機(jī)礦物材料在塑料中的廣泛應(yīng) 用，不但作為填料降低塑料制品生產(chǎn)成本，使塑料加工廠家獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，還 節(jié)約了大量的合成樹脂，使有限的石油資源得到了充分利用。特別是采用新技術(shù)，添加 無(wú)機(jī)礦物材料后，不但改善和提高了塑料制品的物理力學(xué)性能，還可使廢棄后的一次性 塑料制品被自然環(huán)境消納，減少了塑料對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的 “白色污染”，成為環(huán)境友好型 材料。

　　近幾年發(fā)展迅速的無(wú)機(jī)材料增韌、增強(qiáng)技術(shù)和納米材料與塑料復(fù)合技術(shù)都能使無(wú)機(jī) 填充材料的剛性和沖擊性能得到提高。采用新的填料表面處理技術(shù)和填料與基體樹脂之 間的界面誘導(dǎo)技術(shù)，可使填充改性材料的性能進(jìn)一步提高，為塑料行業(yè)在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域 提供具備特別的優(yōu)異性能和價(jià)格低廉的原材料，并可進(jìn)一步擴(kuò)大塑料的應(yīng)用領(lǐng)域，為人 類文明和社會(huì)發(fā)展，發(fā)揮了積極的作用。

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