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《粉体材料在塑料中的应用现状与展望》 ２００８年第４期 中国非金属矿工业导刊 总第６９期 【行业发展】 粉体材料在塑料中的应用现状与展望 刘英俊 （中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会，北京 １０００３７） 摘要：粉体材料在塑料中应用的重要作用无庸置疑，在科学发展观指引下科学、合理、适量地使用粉体材料，将开创塑料领域应用的新局面。本文就几种粉体材料在塑料中应用学术和技术的进展情况以及在节材降耗、绿色环保、功能改性三方面所显现出的功效做一介绍。 关键词：粉体材料；塑料加工；节约降耗；绿色环保；功能改性 中图分类号：ＴＱ３１４．２６１；ＴＤ９８５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－９３８６（２００８）０４－０００３－０６ １ 粉体材料在塑料加工中的重要地位 中国是塑料制品生产、消费大国。合成树脂表观消费量（国内产量＋进口量－出口量）２００７年已达４ ５８８万ｔ，比上年增加１２％，同时，每年回收利用再生的废弃塑料和进口废料总计达２ ０００多万ｔ，加上使用的各种添加剂和助剂，塑料制品及材料的总产量应当在７ ０００多万ｔ，不仅远远超过德、日、意等发达国家，而且在总量上已和美国不相上下，成为名副其实的塑料大国。 改革开放以来，塑料制品的年产量从上世纪８０年代初的１００多万ｔ增加到现在的规模，而且将继续以二位数的增长速度持续快速发展，粉体材料的贡献功不可没。 （１） 节省石油资源和能源，效果显著。 我国目前石油产品进口量已过亿吨，当前石油国际价格暴涨，以石油为主要原料的合成树脂价格也随之攀升，用相对供应丰富的粉体材料代替石油产品，既便考虑密度因素，每年也能少用数百万吨合成树脂，无疑是对国家的重大贡献！ 能源的节省更为明显，相对合成树脂产品从石油勘探开采、运输、裂解、合成整个过程所需的能源消耗，各种粉体的生产要简单得多，１ｔ产品的投资和能耗仅及合成树脂的数百分之一。合理的大量使用各种粉体对于建设节约型社会，实现可持续发展战略具有重要意义。 （２） 降低塑料制品原材料成本，提高塑料制品的市场竞争力，效果显著。 几乎所有粉体的价格都低于合成树脂，最便宜的粉体材料如４００目重质碳酸钙出厂价每吨仅一百多元，是动辄万元的合成树脂价格的几十分之一，其他粉体材料也仅每吨数百元、上千元，在合理使用的前提下，即满足填充塑料制品使用性能的前提下，降低塑料制品原材料的成本是不言而喻的。在一般塑料制 ３ 品的成本中，原材料成本占到５０％～７０％，原材料成本的降低自然意味着塑料制品总成本的下降，市场竞争力的提高，这也正是众多塑料制品加工厂积极使用粉体的原因和动力。 （３） 粉体可使塑料材料的某些性能按照预期的方向得到改善、提高。 粉体填充改性塑料技术进展迅速，人们发现碳酸钙、滑石粉、木粉等不仅价廉，可以起到增量、降低成本的作用，而且对于所填充的基体塑料有显著的改性作用。 清华大学高分子研究所依据界面诱导与调控理论和应用技术，可以把重质碳酸钙作为抗冲改性剂使用，在重钙添加量达到５０％时，填充ＨＤＰＥ的缺口冲击强度比纯ＨＤＰＥ提高数倍，甚至十几倍 ［１］ 。这种以 粉体为主体材料，经过独特的表面技术处理使填充塑料的冲击性能（韧性）得以显著提高，而同时材料的拉伸强度（强度）和弯曲模量（刚性）未显著降低的改性技术称之为刚性粒子增韧，近年来取得多项研究成果。如滑石粉和云母粉的颗粒呈片状，填充滑石粉或云母粉的塑料其弯曲模量大幅度提高，同时也提高了材料的耐热性等。 （４） 粉体材料可赋予塑料材料新的功能，而这种改性效果是直接使用高分子材料所不可能得到的。 研究表明，滑石粉、高岭土和云母粉都可以提高塑料薄膜的红外线阻隔性，这对提高农用大棚膜的保温性是至关重要的［２－３］。此外，沉淀硫酸钡可让聚丙烯塑料表面具有高光泽度，硅灰石粉有利于提高塑料材料表面硬度，水镁石或通过化学反应生产的氢氧化镁兼具填充、阻燃、消烟三大功能，在研究低烟无卤阻燃塑料制品中发挥了重大作用等。 （５） 粉体材料的环保性正在日益显露出来。塑料产业的迅猛发展在给社会带来种种好处的同 刘英俊：粉体材料在塑料中应用现状与展望 时，也因人们随意丢弃的不良习惯而给景观和生态环境带来一定的危害。近年的研究表明，碳酸钙等无机粉体材料在制造环境友好塑料材料方面可以发挥重要作用［４］。这方面研究成果说明科学地、合理地使用碳酸钙等粉体材料是目前减轻“白色污染”，使不易回收的包装袋、膜等塑料材料安全重返大自然的重要举措，加强宣传和积极推动其产业化，可以使粉体材料的应用跨出更大步伐。 ２ 塑料加工常用的几种粉体材料２．１ 常用粉体材料分类 对粉体材料的分类可依据化学成分、矿物组成、微粒几何形态、用途功效等多种特性进行。本文将塑料用粉体材料分为无机粉体材料和天然有机高分子粉体材料，其分类情况和主要粉体名称如下： 非金属矿粉体 无机粉体 塑料用粉体材料 天然高分子粉体 粉碎分级：重钙、滑石粉、云母 粉、硅灰石、水镁石粉、重晶石粉等化学反应：轻钙（包括纳米碳酸钙）、 氢氧化铝、氢氧化镁、沉淀硫酸钡等 工业废渣：红泥、白泥、粉煤灰微珠等 碳氢化合物粉体：木粉、秸杆粉、果壳粉、淀粉等面的光泽和细腻程度也越好，但其前提是粉体材料必须以颗粒的形式像大海中的海岛一样均匀分布在塑料基体中，这些颗粒的尺寸、形状、表面状态（比表面积以及是否经过表面处理）直接决定着填充材料的性能和使用无机粉体材料的整体效果。遗憾的是，目前由轻钙企业提供给我们的产品都是大大小小的凝聚体（二次粒子），而我们塑料加工企业现有的加工设备还不足以在加工过程中将这些凝聚体打散开来，形成真正意义上的小尺度海岛结构，不仅不能显现出优异的性能，还有可能成为材料内部的缺陷，造成填充塑料性能的劣化。因此在没有解决好分散技术的时候，片面追求颗粒微细化和纳米化是不现实的，这也是目前众多纳米碳酸钙生产线有其名无其实的重要原因。 重质碳酸钙在我国大量用于塑料填充始于上个世纪８０年代初，在塑料原料稀缺的年代里，用雷蒙磨生产的４００目的重钙为我国塑料工业的发展立下了汗马功劳，创造了巨大的物质财富，带来了显著社会效益。进入９０年代，随着粉碎技术与设备的进步，各种粒径分布的研磨重钙产品展现在塑料加工企业面前，为我们提供了使用和选择的可能。进入２１世纪后，超细、超微细的研磨重钙产品越来越多，质量越来越好，价格也越来越能够被塑料加工企业所接受。但必须说明，一是同轻钙一样，重钙也并不是越细越好，就目前的应用技术水平来说，最大粒径５～１０μｍ（相当于２ ５００～１ ２５０目），粒径分布适当的产品就可以满足大多数塑料制品的加工要求；二是就目前的研磨技术和设备来说，无论是干法还是湿法，都不可能通过机械力将重钙颗粒研磨至纳米尺度。２．２．２ 滑石粉 滑石粉是大家所熟知的塑料用填料，它的最大优势是层状结构和硬度低，前者可使填充塑料的刚性和耐热性提高，而后者可大大减轻填充塑料加工时物料对所接触的机械设备、模具的磨损。 滑石粉和云母、高岭土等含硅的非金属矿粉体材料一样，对红外线具有阻隔使用，这一特性已用于聚乙烯农用薄膜的制造，加有５％左右滑石粉的农用大棚膜可以有效地阻隔红外线热辐射，从而提高薄膜的保温性。２．２．３ 高岭土 高岭土有两种，即天然水合的软质高岭土和硬质高岭土煅烧而成的煅烧高岭土。前者经水洗、除铁、烘干即可得到，亦称之水洗高岭土；后者则通常与煤伴生，亦称之为煤系高岭土，经过粉碎煅烧而成。４ ２．２ 常用的几种粉体材料２．２．１ 碳酸钙 碳酸钙是塑料加工时用得最广、用量最大的非金属矿粉体填料，据中国无机盐工业协会钙镁分会统计，每年用于塑料填充的碳酸钙总量在五百多万吨，是各种用途中所占份额最大的，约５０％左右。 根据加工方法不同，碳酸钙分为轻质和重质两种。轻质碳酸钙（简称轻钙）是由石灰石经煅烧、消化、碳化而成的，其间经历了化学反应，而重质碳酸钙是经研磨（干法或湿法）而成的，只有粒径大小的变化而无化学反应过程。轻钙和重钙的相对密度是极为接近的，它们的主要区别在于堆积密度，即按一定方法堆积达同样体积时质量不同。工业上用沉降体积（以无水乙醇为沉降介质）加以判别，轻钙的沉降体积在２．５ｍＬ／ｇ以上，而重钙通常在１．２～１．９ｍＬ／ｇ。 轻钙的历史悠久，生产技术成熟，由于生产企业多，竞争激烈，其价格仅数百元一吨，在聚氯乙烯管材和异型材中应用很多，至今仍没有其他更好的填料能够替代它。近几年超细、超微细的轻钙大量问世，叫得最响的是“纳米碳酸钙”。纳米碳酸钙是轻质碳酸钙的一种，其特征主要是初始粒子（一次粒子）的粒径范围为数十个ｎｍ。对于塑料加工企业来说，粉体材料的粒径越小，填充塑料的力学性能越好、制品表 ２００８年第４期 中国非金属矿工业导刊 总第６９期 高岭土具有极强的结团倾向，颗粒粒径越小就越显著。高岭土极易吸潮，在使用之前必须充分干燥。对于煤系高岭土必须经过煅烧才能作为高岭土使用。煅烧通常分为脱水、脱碳和产物转化三个阶段。在７００～８００℃高岭石脱失羟基变成偏高岭石，原高岭石表面及空隙中吸附和充填的碳有机物逸出，从而增大了高岭土的比表面积和反应活性，白度也得到显著提高。必须注意的是控制煅烧温度十分重要，低了影响脱碳，高了会使高岭石转化为莫来石和石英，而这两种矿物成分硬度极高，在塑料加工时会造成加工机械设备和模具的严重磨损。 使用煅烧高岭土主要是为了提高塑料的绝缘强度，特别是制造ＰＶＣ动力电缆护套料时必须使用。高岭土在塑料中应用还可以在不显著降低延伸率和冲击强度情况下，提高基体塑料的拉伸强度和模量。近年来的研究还表明高岭土对红外线的阻隔作用显著，在农用薄膜中使用，其保温效果优于滑石粉。２．２．４ 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。 用氢氧化镁实现聚烯烃低烟无卤阻燃的最大困难是只有加入达质量百分比６０％的氢氧化镁时，聚烯烃塑料才能达到相应用途的阻燃要求，而此时填充材料的力学性能、加工流动性以及制品的外观都受到极大的影响。 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。下面列出大连亚泰科技新材料有限公司生产的以水镁石为原料的超细氢氧化镁产品的技术指标：粒径依中位径ｄ５０（μｍ），大小分为≤２、≤４、≤７、≤１０四种规格；白度分为≥９０％和≥９２％两种；Ｍｇ（ＯＨ）２≥９４％；Ｆｅ２Ｏ３≤０．３％；Ａｌ２Ｏ３≤０．３％；可提供经表面活化处理的氢氧化镁产品。 ２．２．５ 沉淀硫酸钡及重晶石粉 沉淀硫酸钡是经化学方法制成的粉体材料，其粒度范围和白度在一定程度上是可以控制的。沉淀 ５ 硫酸钡最大的特点是相对密度大，可达４．５左右，但因能吸收Ｘ射线和γ射线，故可用于防护高能辐射的塑料材料。此外用其填充的聚丙烯塑料，注射成型后的制品表面光泽好，故现在常用于高光泽聚丙烯制品的制造。 天然硫酸钡矿称为重晶石，属斜方晶系，通过粉碎和研磨也可达到适当的粒度。我国安亿实业有限公司推出的重晶石粉其白度可达９５％以上，粒度可在ｄ９７为２～４５μｍ范围内选择。２．２．６ 木粉 我国利用木屑、锯末和木粉作为塑料的填充材料具有相当悠久的历史，除“电木”之类的传统产品外，上世纪７０年代和８０年代都有将木屑、锯末和木粉加入到塑料中制作板材或注塑成型宫灯骨架等制品的情况，但真正作为一种产业还始于上世纪９０年代后期，也正是由于这一起步的目标是替代木材为基材的产品，在价格上木塑产品并不占绝对优势，加之原辅材料及配方、加工工艺、设备、模具等诸多方面的问题，并没有达到预期的效果。据中国资源综合利用协会木塑复合材料专业委员会统计，截止２００６年底，全国直接或间接从事木塑复合材料研发、生产和配套的企事业单位愈１５０家，从业人数数万人，木塑制品年产销量超过１０万ｔ，年产值达１２亿元人民币左右。实际上现有的木塑产品的生产能力已远远超过这个规模，等待着市场和用户的认可和接受。 木塑材料除树脂外的另一主要基材是木质粉体材料。之所以不叫做木质纤维而是叫做木质粉体是因为最终存在于木塑材料的“木”，仍然是呈颗粒状。即使将稻草、麦草、棉花秸杆等经搓揉工艺制成纤状物，仍然是长径比为３～４，长度为１～１．２ｍｍ的粒状物，而通常称之为增强纤维的玻璃纤维，其直径仅十几微米，长径比可达１００以上。 木质粉体材料都是做为植物出现的天然高分子材料。任何植物从材料的角度看都含有纤维素、半纤维素（聚戊糖）和木质素，此外还含有少量无机物（燃烧后剩余的灰分中主要是ＳｉＯ２）。纤维素和半纤维素分子上遍布羟基，它们既不与合成树脂的大分子相容，又不同于碳酸钙等非金属矿物。因此木质粉体材料的本质特性和它们被加工成的形态对木塑复合材料性能的影响极大。 （１） 木质粉体材料的干燥特性。 木粉或稻壳粉、秸杆粉无一例外地含有大量水分，因此干燥去除水分是在与塑料复合之前的必要步骤。但是在一定温度下木质粉体材料失重失去的不单 刘英俊：粉体材料在塑料中应用现状与展望 是水分，还有易挥发物和热氧分解产物。徐思亭等人在研究中发现，在有氧的环境中，木质素在２００℃左右时剧烈发烟，木质粉体色泽明显加深，减重可达 失重率（％）１０９８７６５４３２１００ ６０ １２０ １８０２４０３００干燥时间（ｍｉｎ） ３６０ ４２０ ４８０ ５％～１０％；而纤维素很容易发生热降解或机械剪切降解，降解的结果导致其聚合度剧烈下降，当聚合度从几千下降至７００以下时，纤维本身的强度迅速降低，到２００以下时则不再具有纤维特征。 张建东等对五种木质粉体进行干燥特性对比试验，结果表明，在１８０℃下，经过８ｈ，所有木质粉体都明显失重（见图１）［５］。 由于五种木质粉体初始情况很难一样，因此判断其干燥特性不能完全看其失重值大小，而主要看其曲线的斜率，即随干燥时间失重率变化的大小。经验表明失重曲线斜率大的，往往在成型加工时的热稳定性也比较差。从图１的试验曲线看，五种木质粉体中竹粉虽然初始水分含量高，但曲线斜率最小，也就是在较长时间的加热过程中，降解现象最轻，热稳定性最 —◇—稻糠 —■—松木粉 —×—竹粉 —△—稻草纤维 —●—麦秸纤维 图１ 五种木质粉体材料的干燥特性 好。同时还表明，在１８０℃下经过１～２ｈ的干燥处理，各种木质粉体材料都还可以满足木塑复合材料加工的要求。 （２） 木质粉体粒度的影响。 同样粒度的几种木质粉体材料制成的木塑材料其性能差别不大，见表１。 ［６］ 表１ ８０～１２０目的三种木质粉体与ＨＤＰＥ６１００Ｍ制成的ＷＰＳ的性能 木质粉体木粉稻糠粉竹粉 密度 ３ （ｇ／ｃｍ）１．１５９１．１５６１．１１２ 拉伸强度（ＭＰａ）２３．８５２０．３５１９．７０ 含量５０％的ＷＰＳ的性能 断裂伸长率弯曲强度弯曲模量 （％）（ＭＰａ）（ＭＰａ）１．５１２．９３２．７６ ３６．１７３４．６７３３．３６ ２ ５３２２ ２５１１ ８２８ 缺口冲击强度 ２ （ｋＪ／ｍ）１８℃：５．２－２０℃：４．７１８℃：４．５－１８℃：４．１１８℃：５．２－１８℃：４．９ 热变形温度 （℃）９９．３１０５１０１ 通常认为，只要在基体塑料中分散良好，粉体材料粒径越细在同样试验条件下就应当具备更佳的性能。刘文鹏所做的研究工作证明了这一点，见表２。 表２ 不同粒度的木粉制成的木塑复合材料性能 木粉粒度（ｍｍ）０．２２０．１４ 拉伸强度（ＭＰａ）２６．５３７．６ 弯曲强度（ＭＰａ）３６．４４９．４ 弯曲模量（ＭＰａ） 冲击强度 ２ （ｋＪ／ｍ）６．５７．２ 表４ 木屑含量对ＰＰ基（９５％ＰＰＹ１３００＋５％ＭＰＰ） 木塑复合材料性能的影响 木屑用量（％）０（纯基体） １５３０ 拉伸强度（ＭＰａ）３２．０２７．７２８．８ 弯曲强度（ＭＰａ）５２．５５５．９５５．４ 弯曲模量冲击强度 ２ （ＭＰａ）（ｋＪ／ｍ）１ ４０４１ ９０２２ ９４１ ３．５１３．２９３．０７ １ ８８２ ２ ４９４ ２．２．７ 淀粉 上世纪９０年代淀粉添加型塑料被做为生物降解塑料大行其道。十多年过去了，今天所宣传的淀粉塑料已完全不同于那种添加淀粉２０％～３０％的聚乙烯塑料了，而是淀粉成为主要基体材料的新型生物降解塑料了。 淀粉从玉米、木薯中得来，是一种多羟基天然高分子化合物。今天的淀粉仍然是上世纪九十年代使用的淀粉。做为一种粉体材料，它的化学组成没有什么变化，但加工方法和最终产品的性能已今非昔比了。 淀粉由于特殊的分子结构，分子间相互作用力很强，难以熔融加工。为了使淀粉为主体的物料能成型加工，必须设法使其分子间作用力减小，可以熔融流动但又产生分解，达到此要求者称之为热塑性淀粉。６ 注：木塑材料（ＰＰ／木粉／ＭＰＰ／Ｈｓｔ／石蜡＝５０／５０／６／０．５／１．０） （３） 木质粉体的含量影响。 多数研究工作结果表明，随着木质粉体含量增加，木塑复合材料的弯曲强度和模量都有所提高，而拉伸强度有所下降，冲击强度则显著下降，木塑复合材料显现明显脆性，见表３、表４。 表３ 木粉用量对ＰＥ基木塑复合材料性能的影响 木粉用量（ｐｈｒ） ０３０６０ 拉伸强度 （ＭＰａ）２５．０７１８．２６１６．３０ 断裂伸长率冲击强度弹性模量 ２ （％）（ｋＪ／ｍ）（ＭＰａ）３１５．６４．６３．０７ ２１．３４４．８４４．１９ ７５０．５９２３．６８８２．２ ２００８年第４期 中国非金属矿工业导刊 总第６９期再添加少量助剂和其他可生物降解的高分子化合物，通过一系列加工过程可制成可生物降解的环保材料。 改性淀粉意味着三个方面的变化——亲水变为疏水；热敏变为耐热；硬脆变为可塑。 下面列出国内某厂生产的淀粉塑料ＰＳＭ的组成及性能［７］。 主要成分：淀粉６０％～８０％；反应型改性剂６％～７％；加工助剂４％～５％；可降解的高分子化合物（聚乳酸、脂肪族共聚酯等）１０％～２８％。 ＰＳＭ片材规格和性能：厚度０．３０～１．２０ｍｍ；颜色乳白；熔体流动速率０．５～１．０ｇ／１０ｍｉｎ；密度１．２０～１．３０ｇ／ｃｍ３；拉伸强度≥９ＭＰａ；维卡软化点１１５～１４０℃；撕裂强度５５～８５ｍ／ｋＮ。 使用该公司的ＰＳＭ片材可以制成酒店一次性使用的牙刷把、梳子、液体瓶等制品、玩具及工艺品、园艺花卉用品及工业电子包装用品、药品包装瓶、盒和医用托盘等。ＰＳＭ生物降解材料也可以通过吹塑制成薄膜及袋，通过注塑成型制成更多种用途的物品。 经权威单位检测，该种生物降解材料的卫生性和可降解性能可以满足现阶段社会要求，但材料力学性能还有待进一步提高，而且价格问题是当前在国内推广的主要障碍。２．２．８ 粉煤灰微珠 火力发电厂排放的粉煤灰中有大量球形颗粒，而 粒径范围（μｍ）含量（％）累计含量（％） ＜１１５．９１５．９ １～２２４．６４０．５ ２～３２３．０６３．５ ３～６１４．２７７．７ ６～９６．８８４．５ 且多呈空心状，这是煤粉在燃烧过程中，煤粉中的不燃物在高温下熔融，然后在冷却过程中形成球形。遇冷急剧收缩的结果是在球心部分形成真空。由于各地火电厂使用的煤炭成分不完全相同，且燃烧设备和工况条件也不同，因此在粉煤灰中所含球形颗粒的比例、颜色以及中空球形颗粒的粒径与壁厚大小均有显著差别。 粉煤灰玻璃微球根据其相对密度分为漂珠和沉珠，它们的收集方法不同。漂珠是漂浮在水面上的空心玻璃球，它的相对密度均小于１，在水面上捞集即可得到。而沉珠的相对密度均大于１，它是通过对粉煤灰风选或浮选而得到的。 从化学成分上讲，微珠的主要成分是ＳｉＯ２和Ａｌ２Ｏ３，其硅铝比值不同，高的达到６，低的达到１。漂珠中的这两种化合物所占有比例更高一些，其他的成分有Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＴｉＯ２以及少量镁、钾、钠的氧化物。漂珠的壁厚仅为珠球直径的５％～８％，在外力压迫下，很容易破碎，因此不宜用于挤出、注塑成型的塑料的填料，而可以用于热固性塑料或浇铸成型和模压成型的热塑性塑料。沉珠的粒径从大小到分布很广，壁厚大小也不相同，部分球形颗粒粒径很小但是实心的。表５为福建永安火电厂排放的粉煤灰中经分选得到的玻璃微珠沉珠的粒径分布情况，表６为玻璃微珠中沉珠的物理性能。 ９～１２５．５９０．０ １２～１５３．２９３．２ １５～１８１．９９５．１ １８～２１２．０９７．１ ２１～２４１．３９８．４ ２４～３０１．０９９．４ ＞３００．６１００ 表５ 粉煤灰玻璃微珠沉珠的粒径分布 表６ 粉煤灰玻璃微珠沉珠的物理性质 堆积密度 ３ （ｋｇ／ｍ）８９３ 相对密度 ３ （ｇ／ｃｍ）１．５９ 比表面积（ＢＥＴ法） ２ （ｍ／ｇ） ７．５ 维氏硬度８７６～９１６ 北京世先英华新材料科技有限公司在粉煤灰微珠的分选、改性和应用方面长期坚持不懈做了大量工作，他们在分选和微珠球形化方面的工作卓有成效，为微珠在塑料中的应用减小了阻力。表７为该公司现已商品化的微珠产品的规格及粒度分布情况，图２为 表７ 空心微珠产品粒度分布 粒径（μｍ） 样号１２Ａ１ Ｄ３０．５９２０．４６７８．１２０ Ｄ５０ Ｄ９８ 体积平均Ｄ ［４，３］５．１７１４．０２９４５．５５９ 面积平均Ｄ ［３，２］２．２５９１．８４３２４．６６０ 粉煤灰玻璃微珠尽管具有鲜明的形状特色，而且是对工业废渣的科学开发与利用。但它的三大缺点使得在推广应用时仍然面临巨大困难：①色泽不好，呈灰色或土黄色，不能用于填充浅色或艳色塑料制品；②磨损设备，对现在社会上普遍使用的普通碳钢和氮化合金钢的螺杆、机筒造成的磨损要比碳酸钙严重得多；③作为填料使用的粉煤灰玻璃微珠必须经过分选得到球形颗粒，而无论是浮选还是风选均需付出一定代价，使其实际销售价格超过重质碳酸钙。此外还有一个不足之处就是加工成型后，无论是板材、管材或其他型材，在二次加工切割时刃具的磨损极快。 ７ ３．２６６１７．７７４２．６９２１４．２５４４０．４５３１１５．４６８ 空心微珠的颗粒大小分布及形状的电镜照片。３ 塑料行业对粉体的希望与要求 （１） 价格适当。 尽管绝大多数粉体材料的价格远低于合成树脂，但塑料行业仍然把低廉的价格作为使用粉体的原动 刘英俊：粉体材料在塑料中应用现状与展望 剂，甚至使用硬脂酸都很容易使其表面从亲水性转为疏水性，而滑石粉是片状结构，虽然可以使用偶联剂使其表面从亲水性转变为疏水性，但在相互碰撞过程中，极易层层之间剥离开来，形成新的表面，也就是说在处理结束时，不可能所有颗粒的表面都完成有机化，总会保有相当数量的尚未来得及有机化反应的新鲜表面。其他诸如云母粉颗粒的表面能很高，找到合适的处理剂并进行有效的表面化学反应非常困难，针 图２ 空心微珠电镜照片 形硅灰石在通常的处理设备中会被机械力打断，其长径比的迅速减少使之增强的功效大受影响等，都是影响某种非金属矿粉体能否顺利推广应用的重要因素。 （５） 突出粉体材料的功能性。 木粉由可再生植物边角余料得来，尽管在表面处理和成型后的制品性能上还存在这样那样的不足，但从资源和环保的角度考虑，木塑材料的经济、社会意义显著，开发应用是极为必要的。淀粉具有天然降解性；粉煤灰空心微珠本身为球形颗粒，且硬度极高；炭黑具有紫外线屏蔽作用和导电性；氢氧化镁、氢氧化铝兼具阻燃和低烟功能，高岭土有卓越的红外线阻隔作用等。这些粉体材料的功能性通常是其他材料无可比拟和不可替代的，因此粉体行业一定要将其与众不同的功能性研究透彻，增强对其应用的吸引力。４ 结语 在强调科学发展观的今天，进一步提升使用包括非金属矿粉体材料在内的各种粉体材料，不仅看到它的经济性，既降低塑料原材料成本、节约合成树脂方面的重要性，更要挖掘粉体材料的功能和环保性，从仅仅是利润的驱动转变到可持续发展新的经济增长方式的高度上，充分展现粉体材料在节材降耗、绿色环保和功能改性的三大优势，进一步形成多用粉体、用好粉体、扬长避短、创新多赢的风气。 【参考文献】 ［１］于建．聚烯烃／碳酸钙复合技术［Ｊ］．化工科技市场， １９９９，（１０）：１－５． ［２］凌伟，刘英俊．云母填充ＰＥ吹塑薄膜的初步研究［Ｊ］．塑料，１９９１，（３）：３－５． ［３］刘英俊，凌伟．无机填料对农用塑料薄膜性能的影响［Ｃ］．国际聚合物加工学会亚洲及澳洲地区会议论文集，日本东京，１９９３，１０：２０３－２０４． ［４］陈庆华，钱庆荣，肖荔人，等．环境友好塑料材料的研制及开发动态［Ｊ］．塑料，２００２，３１（４）：１－７． ［５］张建东，等．几种木质纤维热稳定性研究［Ｃ］．中国塑协改性塑料专业委员会２００７年主题年会论文资料集，２００７：６６－７０． ［６］陆晓中，等．不同树脂基对木塑复合材料性能的影响［Ｃ］．中国塑协改性塑料专业委员会２００７年主题年会论文资料集，２００７：７１－７５． ［７］张先炳．ＰＳＭ生物降解材料的加工与应用［Ｃ］．中国塑协降解塑料专业委员会２００７年年会会议手册与文集，２００７：６９－７０． 力。在重质碳酸钙仅一百多元一吨（４００目）或几百元一吨（１ ２５０目）的前提下，任何一种新出现的粉体材料，如果没有其特殊功能仅仅想代替碳酸钙作为填料使用是不可能的；而在功能相似（如云母粉、高岭土、滑石粉都具有红外线阻隔性）时，价格高低成为首要因素，这是在功能农膜中多使用滑石粉，而极少使用红外线阻隔性能更好的云母粉或高岭土的根本原因。又如纳米碳酸钙价格已从最初的高价位显著降低，但因分散问题未解决，其使用效果与价格不到其一半的普通轻钙没什么不同时，在塑料中推广应用就十分困难。 （２） 杂质及有害成分要尽可能地少。 粉体材料本身的化学组成和矿物组成多是天然形成的，其资源优势十分明显。四川省宝兴县大理石碳酸钙含量高，杂质极少，白度呈乳白或瓷白色，磨制成粉的白度均在９４％以上，很受塑料行业的欢迎。有的地方重钙中硅含量高，不仅白度低，而且硬度高，对设备和模具磨损严重，在竞争中处于劣势。很多塑料制品都和人的生活密切相关，除去直接接触食品的塑料制品有极严格的卫生要求外，人们同样关注各种用品的安全性，起码不能有放射性，不能有有害的重金属，不能有刺激性的气味等等。 （３） 粉体材料本身的硬度要尽可能低。 塑料加工所使用机械设备中，与物料相接触的部件，如螺筒、螺杆、机头、模具等，大多是用氮化钢制作，其表面的维氏硬度约８００～９００。如果粉体材料的硬度与之接近甚至更硬，加之粉体颗粒本身的棱棱角角，会给所接触的金属表面造成严重磨损。机械设备的提前损坏乃至报废，将会使廉价粉体材料带来的经济利益荡然无存，甚至得不偿失。 （４） 使用时要尽可能简单、方便。 碳酸钙的大量应用除去价格优势之外，使用简单、方便也是重要原因之一。碳酸钙无论是重钙还是轻钙，所含的水分经简单的加热就可除去，而高岭土在烘干后放在空气中会迅速吸潮。碳酸钙本身呈颗粒状，表面处理相对容易，使用钛酸酯或铝酸酯偶联 ８ 【收稿日期】２００８－０３－２０ 校企合作的意义与前景展望 顾小白经典语录 七堇年经典语录大全 赞美冬天的诗句 延参法师经典语录 半生毁誉因三峡，潘家铮 浅析我国化妆品行业的网络营销特点 中国民营企业发展现状分析 禾组词 似的多音字组词 |
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