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10余种无机粉体在改性塑料中的应用

hudiefeifei0329
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楼主 发表于:2021-05-26 10:08:01
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改性塑料是指在通用塑料和工程塑料的基础上,经过加工改性,使其具有阻燃、抗冲、高韧性、易加工性等更加优越性能的塑料。


改性塑料生产工艺与流程

来源:金发科技2020年度报告

塑料加工改性方法分为物理方法和化学方法,包括填充、共混、增强、阻燃、共聚、交联等。目前,最常用的改性方法是填充、共混、增强等物理方法。填充改性是在塑料成型加工过程中加入无机填料或有机填料,使塑料制品的原料成本降低达到增量的目的,或使塑料制品的性能有明显改变;共混改性是将两种或者两种以上的塑料、橡胶、添加剂等进行搅拌在一起,最后通过熔融挤出,达到改变原材料的性能并使其具备特殊的塑料性能;增强改性是通过加入玻璃纤维、碳纤维、云母粉等纤维状或片状填料来达到增加塑料刚性及强度的目的。

无机粉体在改性塑料中应用广泛,未来随着汽车、家电等行业的发展,无机粉体在改性塑料中将占据更重要的地位。

塑料用粉体材料(按化学组成分类)

来源:中国塑料工业年鉴(2017)

碳 酸 钙

碳酸钙资源丰富、加工方便、价格低廉,是塑料中应用最早、用量最大的无机填充材料。无机粉体的加工技术进步推动了碳酸钙向超细化、分级化、功能化转变。国内外将方解石类粉碎到一定细度后,再在水溶液中加入少量分散剂、表面改性剂进行湿法研磨、脱水、干燥、粉碎而成为粒径更细、分布更均匀、表面改性活化后的粉体,在塑料中应用更为宽泛。

湿法活性钙在塑料制品中的应用性能

来源:朱建军《无机粉体在塑料中的应用》

碳酸钙的应用在明显降低产品成本的同时,塑料制品的某些物理性能得到改善,还可节约合成树脂。尤其是纳米碳酸钙,其形态不同,使得改性塑料的性能也不大一样。比如立方形碳酸钙有助于改善塑料的冲击性能,而纤维状碳酸钙能更好的改善塑料的拉伸性能等。

硅 灰 石

硅灰石呈针状结构,可用于工程塑料的增强改性,随着添加量的增加,可明显提高树脂的热变形温度、弯曲强度、弯曲模量等性能,可广泛用于汽车、家电、工具等受热易变形的塑料制品。作为塑料中的无机改性材料,硅灰石加工工艺应以保持较大的长径比棒状结构,采用硅烷偶联剂进行表面活化改性处理,以提高或保证不同材料界面相容效果。

滑 石 粉

滑石作为一种添加剂、改质剂或填料,在塑料中已得到广泛应用。滑石呈片状结构,在塑料、橡胶中应用具有明显的增强改性作用,可提高塑料制品的拉伸强度、冲击性能、抗蠕变性、耐热性、抗撕裂性等。改善产品的表面外观,降低产品收缩率,提高阻隔效果,减少透气性,增加塑料制品的刚性和弯曲模量,已成为改善塑料制品物理性能的重要改性材料。

硫 酸 钡

将天然矿石(重晶石)经粉碎、水洗、干燥后制得为重晶石粉(也称重质硫酸钡),呈白色,密度为4.3~4.6g/cm3。重晶石加热至1100℃还原生成可溶性硫化钡,再与硫酸或硫酸钠作用生成沉淀硫酸钡(也称轻质硫酸钡),粒径细,白度可达92度以上。

硫酸钡具有比重大、光泽好、热稳定性好和加工性能优异等特点,可提高塑料制品的耐化学腐蚀性、耐热性、改善产品外观等。硫酸钡可用于PP、ABS、PA、PET等树脂生产的家电外壳、机械零件、汽车部件、空调面板、电热壶外壳等。此外,硫酸钡还可以增加塑料制品的比重,改善塑料的耐磨性、耐老化性,提高光亮效果等,扩大塑料制品的应用领域。

云 母

云母具有特殊的大片径比结构,对塑料制品具有较好的增强作用,可提高机械部件、车辆零件、塑木制品、家电外壳、包装制品、薄膜、丝类和绳索等塑料产品的物理性能;云母粉具有优异的薄片状晶形,有效阻隔面积很大,可改善塑料的气密性;云母晶片具有反射、散射红外线和吸收、屏蔽紫外线等功能,可改善塑料的光学性能;云母本身是高性能绝缘材料,具有极高的电阻性,可改善塑料制品的绝缘性能。

沸  石

沸石晶体的大量孔穴和孔道,使沸石具有很大的比表面积,具有很强的选择性吸附能力;天然沸石还有着良好的耐酸性和热稳定性,具有在水溶液中与其他阳离子进行可逆交换的性质;沸石的催化性能表现为当某些反应物质寄附于沸石晶体内部孔穴的表面上时,其反应速度有所加快,且反应生成的新物质又可以从沸石内部扩散释放出来,所以沸石在化工、环保方面作为分子筛广泛用作吸附剂、离子交换剂、催化剂、净化处理剂等等。

沸石是近年来塑料界关注的新的改性材料,沸石的比重、纳米微孔结构及它的吸附性和耐化学稳定性可为塑料制品扩大应用领域提供新的发展空间,特别是在有害气体吸附、家居装饰、汽车内饰、鞋体材料等方面进行了诸多研究,取得了令人惊喜的效应。

高 岭 土

高岭土可提高玻璃化温度较低的热塑性塑料的拉伸强度和模量,提高塑料制品的刚性和强度,加入到聚丙烯中还可以起到成核剂作用。高岭土对红外线的阻隔作用非常显著,在军事器材上已得到应用,在薄膜中应用可提高保温效果。高岭土在煅烧后可明显提高塑料的电绝缘强度,可用于电线、电缆及耐高压绝缘产品,在长距离特高压电力输送方面有着广阔的研究发展空间。此外高岭土颗粒具有极强的凝聚倾向,采用表面活化特殊处理技术才能达到均匀分散的目的。

氢氧化镁和水镁石粉

氢氧化镁在340℃时可失去结晶水,而失水后的产物氧化镁是耐火材料。由于失水反应是吸热反应,因此使用氢氧化镁可实现聚烯烃塑料的低烟无卤阻燃,氢氧化镁兼具填充、阻燃和抑烟三大作用。较之起同样作用的氢氧化铝,由于其分解温度高于聚烯烃塑料的加工温度(180~220℃),因此在填充塑料加工时,所加入的氢氧化镁不会提前分解。

氢氧化镁可用海水或咸水湖的湖水制作,主要是利用其中的氯化镁,但由于杂质很难除净,故氢氧化镁的制造成本较高。近年来国内开始使用天然矿物水镁石经粉碎研磨制成粉体材料,已成功地代替化学方法生产的氢氧化镁用于低烟无卤阻燃聚烯烃塑料。

其他无机粉体在改性塑料中的应用

玻璃微珠有耐高温、导热系数小等优点,用于填充塑料不仅可增加材料的耐磨、抗压、阻燃等性能,而且,它特殊的球形表面还可提高材料的加工流动性,另外,它表面光泽度好,可增加制品的表面光泽,减少表面的污垢吸附。

13?托贝莫来石是一种新型的多功能吸附催化材料,具有高度发育的孔隙结构和极大比表面积,完全符合VOCs气体吸附催化剂的要求,是一款既有强的吸附功能又具备催化性能的多功能无机材料。

在塑料改性领域,相比于目前常用的碳酸钙、滑石粉等无机填料,13?托贝莫来石具有以下优点:

(1)比表面积大,为125m2/g,孔容(孔体积)大,为0.43cm3/g,是一种具有较高吸附性能的材料,这是其他无机填料所不具备的特性;

(2)真密度仅为1.1~1.3g/cm3,远小于碳酸钙等产品,有利于塑料制品的轻量化;

(3)磨耗值低,为2~6mg/2000次,对加工设备的损耗小;

(4)导热系数低,强吸水吸油性,其吸油值达到了257g/100g。

黑滑石、黑方解石等黑色无机矿物近年来也得到企业的青睐,塑料、橡胶中添加黑色无机粉体后,可部分替代炭黑,矿产资源充分利用的同时,生产成本具有明显的优势。

小  结