新型功能性填充母粒

新型功能性填充母粒

北京工商大学王锡臣教授

无机粉填充改性塑料在我国已有近30年的历史，最初主要以节约树脂降低成本为目的。随着无机粉品种的不断增加、加工技术的进步、粉体粒径的超细化、新型表面活化处理剂不断出现、表面活化处理技术和填充改性理论的发展，无机粉填充改性塑料已由原来单纯追求节约树脂降低成本，目前已发展成开发新型功能性材料的重要手段。

我国无机粉填充改性塑料，无论在产量、品种、还是在加工技术和科学理论等方面，在国际上均处于领先地位。据有关资料报道，2008年我国用于填充改性塑料仅碳酸钙（含重钙与轻钙）一项多达450多万吨，占碳酸钙总产量60%以上。如按当年塑料总产量3000万吨计算，塑料制品中平均填充碳酸钙量高达15%。由此可见，无机粉填充改性塑料在我国塑料工业中所占的重要地位。尽管如此，无机粉填充改性塑料目前远远满足不了我国高速发展的塑料工业要求。

我国是家电、电子、电器产量大国，近两年来，汽车工业也跃居世界前列，家电、电子、电器和汽车工业都是塑料制品的主要用户。他们对塑料制品的性能要求较高，不仅要求强度好，而且外形要美观。目前我国在填充改性塑料中，所用的无机粉80%以上都是碳酸钙，而且生产填充母粒的企业，为了降低成本，往往忽视产品质量，在低水平、低价位上互相打价格战。照此下去，不仅影响塑料制品质量，更影响到无机粉填充改性在行业内的信誉。为了确保无机粉填充改性塑料今后健康发展，除在碳酸钙为主流的填充母粒方面，向多品种，高性能方向发展外，还应着重开发一些以其它无机粉为原料的功能性填充母粒。下面将重点介绍本人近几年所做的几项工作，希望对有关企业有所帮助。

一、以复合针状粉为原料——增韧透明母粒

复合针状粉（学名：透闪石）是由山西达兴新材料有限公司开发的一种新型无机矿物粉，

是由一种天然共生矿石经超细粉碎而成，其化学组成为：Ca

2Mg

5

（Si

4

11

）

2

（OH）

2

－CaMg(CO

3

)

2

。

从化学组成来看，它既具有硅灰石的成份，又有滑石粉或白云石的成份，所以在结构性能上也就决定该无机矿物粉将具有硅灰石（针状结构）和滑石粉或白云石（层状结构）共有的结构，即具有较好的增韧功能和透明功能。实践证明，该无机粉填充到塑料中除具有明显的补强增韧功能外，透明性比CaCO

3

好，与滑石粉（含硅量50～56％）相当。是塑料橡胶领域中至今综合性能较好的一种无机粉填料。其物理性能指标如表1所示。

复合针状粉的晶体结构总体呈针状结构，其长径比虽然没有硅灰石大，但表面活化处理（吸油值）、在树脂中分散性和加工流动性，明显好于硅灰石，所以填充到塑料中，综合力学性能好于硅灰石。用其制备填充母粒其加工性能远比滑石粉好，与CaCO

相当，但流动性

3

好。在相同粒径和相同填充量的情况下，综合力学性能指（螺杆扭矩或电流强度）比CaCO

3

，与滑石粉相比，韧性好、刚性稍差、膜的透明度相当，具体数据见表2标明显好于CaCO

3

与表3。

表2 复合针状粉与CaCO

填充HDPE力学性能比较

3

表2所列数据是在完全相同的实验条件下获得的，即复合针状粉与CaCO

3

均为1250目，生产母粒配方相同，母粒中无机粉含量均为82%，母粒填充比例均为25％。从表2中所列数

据可以看出，复合针状粉填充HDPE明显好于CaCO

3

。

表3所列数据也是在完全相同的实验条件下获得的。即无机粉均为1250目，母粒中无机粉含量为80%（两种复合无机粉之间比例为1：1），母粒填充量均为15%。从表3中的数据，可以进一步看出，复合针状粉在填充改性塑料中的优势。

由于复合针状粉中含有金属镁，与滑石粉相似，受热后变灰，生产的母粒呈浅灰色，对于白度要求高的塑料制品不太适用，但用于膜制品，并不影响色相，相反透明度好，可与滑石粉相媲美。

二、以沉淀BaSO4为原料－补强增光母粒。

沉淀BaSO

4

是以重晶石矿石为原料通过如下化学反应制得的：

沉淀BaSO

4

为白色斜方晶体或无定形白色粉末（一般为后者），密度为4.5～4.6g／cm３，

难溶于水或酸，化学稳定性和热稳定性极高。市场销售有普通沉淀BaSO

4和活性沉淀BaSO

4

两种。对塑料行业来说一般选择后者。表4列出由广西象州联壮化工有限公司生产的活性沉淀BaSO

4

各种性能指标。

表4 广西泉州联壮化工有限公司活性沉淀BaSO

4

性能指标※

※

亲油型

从表4中数据可以看出，沉淀BaSO 4由于是由化学合成的方法制得的，纯度高，可达99％

以上，白度好，粒径小、分布窄，97％以上最大粒径为1.395u ｍ（10000目以上），吸油值小，仅有11.34，是CaCO ３的三分之一。沉淀BaSO 4上述性能优势，用作填充原料，是其他任何无机粉无法比拟的。在填充量不超过15％的情况下，不但不降低制品的强度，还可以改善制品的表面光亮度。可广泛应用于工程塑料和其他塑料注塑制品。表5列出填充ABS 测得的具体数据。

表5 沉淀BaSO 4填充ABS 性能比较

表5中的数据，是在BaSO 4填充量为10%的条件下测得的，其各项力学性能与纯ABS 基本相同，而且外观不受影响，其他任何无机粉是达不到的。

用沉淀BaSO 4母粒填充改性PP 或PP 与其他树脂共混物，可制得仿ABS 复合材料。无论是外观还是强度或密度，都可达到与ABS 难以分辨的效果。

沉淀BaSO 4在填充改性塑料方面的不足之处，是密度太大。比其他任何无机粉都大。所以填充量不宜过多，一般填充8～12％为宜。如用于膜制品，可以代替白色母粒，膜的光亮度比白色母粒好。

三、以Mg （OH ）2为原料－阻燃母粒

塑料、橡胶是一类易燃的物质，解决它们的阻燃问题，长期以来都是人们十分关注的大事。作为阻燃剂来说，种类很多，大体可分无机与有机两大类，近年来，由于人们对环保意识的提高，无机阻燃剂越来越受到人们的青睐。其中以天然水镁石制得的Mg(OH) 2，更受到人们的欢迎，其原因除低烟无卤环保外，更主要的是原料易得，价格低。我国水镁石矿产丰富，无论是储存量还是矿石品位都居世界前茅。我国生产天然Mg(OH) 2的企业几十家，从生产规模、产品纯度和质量来看，当数大连亚泰科技新材料有限公司的产品。他们有自己的矿源，矿石品位高，纯度一般都在95%以上，白度92%以上。

Mg(OH) 2的阻燃机理为：当燃烧温度达到330～340℃时，Mg(OH) 2将发生如下反应：

该反应是吸热反应，可降低燃烧温度，生成的H 2O 转化为水蒸气覆盖在燃烧物的上层，可隔绝空气，生成的MgO 可与燃烧后生成的炭结合，在燃烧物的表面形成一层保护壳，可隔