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滑石粉在高分子材料中的應(yīng)用研究

來(lái)源：塑料五金網(wǎng)發(fā)布時(shí)間：2013-09-04 09:01:14點(diǎn)擊率：

 

　　【塑膠五金網(wǎng)】摘 要： 本文在介紹了滑石粉的特性及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，并對(duì)滑石粉在高分子材料中可代 替其他含硅類填料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)應(yīng)用及研究，說(shuō)明滑石粉在高分子材料中的應(yīng)用 有較好的性能優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞： 滑石粉 特性 農(nóng)用薄膜 電纜 應(yīng)用 代替

　　1 前 言

　　1.1 定義

　　滑石是一種層狀含水鎂硅酸鹽礦物，這種礦物或礦物集合體，由于質(zhì)軟并具有很強(qiáng) 的滑膩感，故稱之為滑石。

　　1.2 滑石的用途

　　滑石用途很廣，目前已在工藝美術(shù)、醫(yī)藥、塑料、橡膠、電纜、涂料、日用化工、 造紙、日用陶瓷、電陶瓷、建材、紡織等行業(yè)廣泛利用。近年來(lái)國(guó)際市場(chǎng)對(duì)滑石粉需求 越來(lái)越大，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尤其在塑料、橡膠、造紙、陶瓷材料中作為功能性材料，對(duì)滑石的 產(chǎn)品質(zhì)量及性能提出了更高的要求，超細(xì)化、純度化、功能性、經(jīng)濟(jì)性將是滑石行業(yè)今 后的發(fā)展方向。

　　2 滑石的礦物和礦石特征

　　2.1 礦物特征

　　滑石是一種層狀構(gòu)造的含水鎂硅酸鹽礦物，結(jié)構(gòu)形狀呈單斜晶體。晶狀六方板塊、長(zhǎng)片 狀、鱗片狀、粒狀、纖維狀集合體或致密塊狀等多種?；姆肿邮綖镸g3Si4O10(OH)2， 稱之水合偏硅酸鎂。純滑石的理論組成：SiO261.37%、MgO 31.68%、H2O4.75%， 常含少許Fe、Al、Ti等，滑石的硬度為1，成為硬度 的礦物材料?；哂谢?感、珍珠或油脂光澤，密度為2.7 ～2.8g/cm3，色相為白、淡綠、淺灰、粉紅色、淺 褐色等多種顏色?；軣釙r(shí)有明顯的熱效應(yīng)，而且強(qiáng)度大大提高，一般在120～ 200℃時(shí)失去吸附水，570～650℃失去結(jié)構(gòu)水，800℃結(jié)構(gòu)水全部脫出，一般燒失量 4% ～5%。

　　2.2 滑石礦石的特征

　　滑石礦石類型國(guó)外一般分為塊滑石、片狀軟滑石、透閃石滑石及混合滑石四類，用 途 廣的是片狀滑石。

　　2.3 化學(xué)成分

　　各類型礦石的化學(xué)成分如表1所示

　　表1 各類型礦石的化學(xué)成分

序號(hào)

巖石名稱

SiO2

MgO

TiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

Na2O

K2O

燒失

1

2

3

石英滑石片巖/%

石英滑石片巖/%

滑石片巖/%

57.90

52.92

61.44

32.95

32.59

31.31

0.03

0.11

—

0.96

0.44

0.50

0.18

0.26

0.10

1.18

0.11

1.30

0.25

0.78

0.01

0.01

0.72

0.01

6.84

11.48

5.52

4

塊狀軟滑石/%

61.37

31.0

0.03

0.17

0.06

0.22

0.04

0.09

5.44

　　注： 1、2產(chǎn)地山西，3為山東、廣西，4為遼寧。

　　3 滑石的特性

　?、佘浕瘜倨瑺睢Ⅶ[片狀、纖維狀結(jié)構(gòu)，在含Si類材料中滑石的硬度 ， 經(jīng)過(guò)加熱處理可獲得無(wú)菌滑石粉，機(jī)械強(qiáng)度大大提高，滑石具有親油疏水性、吸附 性好、遮蓋力強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、潤(rùn)滑性好等特點(diǎn)，對(duì)油脂、藥劑和溶液里的雜質(zhì) 有機(jī)物，有害離子都有極大的吸附性，它的孔隙度占顆粒體積的0.45%～0.52%， 用摩擦法試驗(yàn)吸油量可達(dá)49%～51%，超細(xì)滑石粉小于6μm達(dá)到95%時(shí)由于其分 散性好、表面積大，涂在物體表面遮蓋面積大，可形成一層均勻的防火、抗風(fēng)化 薄膜。

　?、诨瘜W(xué)穩(wěn)定性 滑石與強(qiáng)酸(硫酸、硝酸、鹽酸) 和強(qiáng)堿 (氫氧化鉀、氫氧化鈉) 一般都不起作用。在400℃的高溫下和其他物質(zhì)混合不起化學(xué)變化。

　?、勰蜔嵝?滑石既耐熱又不導(dǎo)熱，經(jīng)煅燒其機(jī)械強(qiáng)度和硬度大幅度增加，但收縮率 很低，膨脹系數(shù)很小，吸附性很強(qiáng)，應(yīng)用效果廣泛。

　?、茈娊^緣性 滑石本身不導(dǎo)電，電絕緣性優(yōu)良，在塑料、橡膠、電纜中絕緣性能 強(qiáng)。

　　4 滑石在高分子材料中的應(yīng)用

　　①在農(nóng)業(yè)棚膜的應(yīng)用效果： 太陽(yáng)光白天到達(dá)地球表面的照射能量98%集中在 0.3 ～3.0μm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，夜晚從地球表面向大氣層散熱的輻射能量90%集中在 7～25μm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，峰值為11～12μm，農(nóng)作物光合作用的有效波長(zhǎng)是0.4～ 0.7μm，與可見光基本一致。紅外阻隔劑是聚乙烯農(nóng)用棚膜生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的組 分之一，沒有紅外阻隔劑的聚乙烯耐老化無(wú)滴膜在夜間的散熱速度比普通聚乙烯棚 膜還快，原因是由于凝結(jié)在聚乙烯棚膜表面的水滴有效阻止了塑料溫室間熱量的散 失。一些無(wú)機(jī)填料對(duì)紅外光具有屏蔽作用。添加含硅類材料 (云母、滑石粉、高嶺 土) 的LDPE薄膜對(duì)7～25μm紅外線的阻隔作用明顯優(yōu)于不含硅的無(wú)機(jī)填料 (碳酸 鈣) 如表2所示。

　　表2 不同填料填充聚乙烯薄膜的透光性

薄膜種類

滑石粉

云母

高嶺土

碳酸鈣

純LDPE

透光率性能/%

89.0

—

93.3

85.2

82.2

散射透光率性能/%

50.1

64.7

56.4

40.2

20.32

　　不同填料填充PE薄膜的紅外線光譜圖如圖1所示。

　　圖1 不同填料填充PE薄膜的紅外線光譜圖

　?、诓煌鷦└男院蟮幕劬垡蚁┧芰系男阅苋绫?所示。

　?、刍厶畛渚郾┧芰系男阅苋绫?所示。

　?、茏鳛檗r(nóng)用薄膜既要求透光率還應(yīng)有足夠的散光率，以使陽(yáng)光照度均勻，作物多方 受光照而加快光合作用，促進(jìn)生長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，使用滑石粉加入薄膜中，對(duì)7～ 25μm均有不同程度的屏蔽作用，這樣可使白天所積蓄的熱量在夜間以紅外線的形式向 外界散失受到阻隔，從而達(dá)到棚內(nèi)保溫的作用。

　　表3 改性后滑石粉的聚乙烯塑料的性能

改性劑

填充26%滑石粉 (體積比) 的聚乙烯塑料

拉伸強(qiáng)度/MPa

彎曲強(qiáng)度/MPa

無(wú)

乙烯基硅烷

甲基丙酰氧基硅烷

氨丙基硅烷

19.0

20.0

23.8

22.1

36.9

37.9

48.3

40.7

　　表4 滑石粉填充聚丙烯塑料的性能

性 能

23%滑石粉填充料聚丙烯塑料

60%滑石粉填充料聚丙烯塑料

無(wú)助劑

ND-101鈦偶聯(lián)劑

無(wú)助劑

ND-101鈦偶聯(lián)劑

外觀

光澤

銀紋

75

有

85

無(wú)

70

有

78

無(wú)

沖擊強(qiáng)度/

(J/m2)

懸臂梁

簡(jiǎn)支梁

14.2

14.2

18.0

17.5

12.0

13.8

31.5

24.0

彎曲強(qiáng)度/MPa

　

45

48

47

50

　?、萁?jīng)過(guò)以上試驗(yàn)應(yīng)用結(jié)果表明，滑石粉以優(yōu)異的特性，可代替昂貴的TiO2、煅燒 高嶺土。(高嶺土因硬度大，嚴(yán)重磨損塑料加工設(shè)備)，在同等特性的前提下，滑石粉 代替含硅的材料及其他較貴的一些填料。

　　滑石粉在農(nóng)膜中的對(duì)比試驗(yàn)應(yīng)用，各項(xiàng)指標(biāo)均等同優(yōu)于其他含硅的填料，特別是紅 外阻隔性能，耐候性、耐熱、尺寸穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于其他含硅的填料，對(duì)塑料加 工設(shè)備磨損的比較，滑石粉 ，綜合分析說(shuō)明滑石粉在高分子材料中的應(yīng)用性能比其 他無(wú)機(jī)材料較好。

　　5 滑石在電纜中的試驗(yàn)應(yīng)用

　　聚氯乙烯絕緣電纜中應(yīng)用獲得 的絕緣電性能及強(qiáng)度，因滑石粉本身不導(dǎo)電，其 絕緣性能優(yōu)于其他含硅類材料的絕緣性能，體積電阻率大于1012Ω·m，擊穿電壓 (50Hz)為30～50kV/mm，介電損耗角正切值為0.0004～0.0006。

　　在PVC電纜絕緣材料中配比15%～20%的滑石粉檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

　　表5 在PVC電纜絕緣材料中配比15%～20%的滑石粉檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

拉伸強(qiáng)度/MPa

斷裂伸長(zhǎng)率/%

表面電阻/Ω

介電強(qiáng)度/(MV/m)

熱老化/ (100&pmn;2)℃，168h

19.8

240

2.8×1013

34.6

老化后拉伸強(qiáng)度/MPa

拉伸強(qiáng)度 大變化率/%

老化后斷裂伸長(zhǎng)率/%

斷裂伸長(zhǎng)率 大變化率/%

18.9

-6

200

-15

　　6 結(jié) 論

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

　?、倩蹜?yīng)用在農(nóng)地膜中其紅外線阻隔、耐酸、耐堿、耐熱性優(yōu)于同類的含硅填料。

　?、诨蹆?yōu)良的特性，反映出它的性能優(yōu)勢(shì)，可代替昂貴的白炭黑、TiO2、煅燒高 嶺土，給生產(chǎn)廠家?guī)?lái)較低的材料成本和更好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　③煅燒滑石粉應(yīng)用于聚氯乙烯電線、電纜中可提高電絕緣性及物理力學(xué)性能。在橡 膠、化妝品、涂料、陶瓷等行業(yè)發(fā)揮其透明、增強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域和用量，市場(chǎng) 應(yīng)用發(fā)展前景非常廣闊。

 

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