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1、常用无机粉体材料种类及作用知识讲解常用无机粉体材料种类及作用常用无机粉体材料种类及作用目前，在中国每年至少有400万吨的无机粉体材料作为原料的一部分被用于 塑 料制品的生产。用无机粉体材料替代部分石油产品，一方面，每年可以节约数 百万吨石油；另一方面，对于所生成的塑料制品而言，不但有利于降低原材料 成本，而且可以使填充塑料材料的某些性能按照预定的方向得到改善，从而提 高塑料制品的市场竞争力。常用无机粉体材料种类及作用据统计，中国500余家碳酸钙厂家生产的约500万吨产品中，有一半是销往塑 料行业的。止匕外，滑石粉、煨烧高岭土、硅灰石粉等多种无机粉体材料也被广 泛应用，有的甚至成为功能性塑料材料

2、不可缺少的组成部分。碳酸钙碳酸钙是塑料加工时用得最广、用量最大的无机粉体填料。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二百多万吨，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 由石灰石经煨烧、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。目前在塑料薄膜中使用的碳酸钙都是1250目的重质碳酸钙，已大量用于 PE包装袋 的生产，在农用地膜中因透光性受到影响，虽然可以使用，但添加量较小1）重钙的细度对PE薄膜力学性能的影响十分明显，见表

3、 1表1重质细度对PE薄膜力学性能的影响、 项目细度孙现扑一伸通度（MPaJ断裂伸长率（%】纵帆横satZZ.620J3091200 n略粗糙ZS.227,33423472500 IIMM32231x7350410注端体例照为 CnCO.含相1胪2）碳酸钙粒子的分散对PE薄膜的性能具有决定性作用PE薄膜生产企业对重钙的添加量十分关心，希望添加量越多越好，但同时力学 性能、耐老化性能、透光性都不要受到过大的影响。特别是在农用地膜中到底 能够使用多少碳酸钙是非常值得努力探讨的问题。宝鸡云鹏塑料科技有限公司 对此进行了有益的探索，并取得喜人的成果。表 2列出纯LLDPE地膜及分别 添加10%、15%

4、、20%、33%云鹏公司生产的纳米改性塑料复合材料的 LLDPE地膜的力学性能。由表2所列数据可以看出，添加10%以上直至33%纳米改性塑料复合材料的LLDPE地膜较之纯LLDPE地膜，各项力学性能相差不大。在添加量达 33% 时，即LLDPE薄膜中CaCO3成份已占26.4%时，其力学性能仍能保持较高水 平，特别是直角撕裂强度还高于纯 LLDPE,不仅全面超过GB 13735-92地膜 国际优等品技术指标，而且是以往任何 CaCO3填充母料所不可能做到的。表2云鹏牌纳米改性塑料复合材料填充 LLDPE地膜的性能检测结果地媵 一艳仲负荷（N）M,横断裂伸长串切 纵/横宜向撕裂负荷（N）蚁/横H

5、LLDPE28瑁2/4345/6300.7S/1.1需加10%233/1.2S34 眼 5050. S&/1.I添加15%:LM1.9IJ3 076900.SD/1.2源加2（1%i.gw.di113/7a50.70/1!那加33%2.2&2J6325/7850E6/1.2GB 13735-92K3/E3120/1200.5/Q.5在：1云!牌的琳就性喂料复含杆料中CaCCt畲窗为BOV. ：2出具濡试报传中位为峡大省产酷质髓联愕衿验所3）碳酸钙的环境效应一一可环境消纳可环境消纳塑料”是指能综合利用环境条件的，能适应垃圾处理方式的，既可 在所处环境中降解，又可堆肥处理或有利于焚烧且危害较小的塑

6、料在可环境消纳塑料制造过程中，碳酸钙是重要的组成部分。研究结果表明，含有30%重钙的光降解膜，在暴晒时其跋基指数（表徵光降解程度的指标）达到某一数值时比不含碳酸钙的光降解膜要提前数天，对环境消纳有利。同时碳酸钙的存在无论对PE薄膜填埋后继续降解，还是对焚烧时减少有害物质的生成，保护焚烧装置都非常有利。和添加淀粉的降解膜相比，碳酸钙回归自然时其化学需氧量CODcr值（用于衡量水中还原性物质污染的程度）为 0,而含有15%淀粉的聚乙烯薄膜其CODcr值为96。滑石粉 滑石粉是仅次于碳酸钙的塑料用填料，每年在塑料中的应用数量都在二十万吨 以上，而且随着滑石粉的某些物理化学特性得到进一步深入的认识，它

7、的应用 范围和数量正在急剧增大。1）作为农膜保温剂使用含硅元素的矿物，如云母、高岭土和滑石对红外线具有阻隔屏蔽作用。在农用 大棚膜中加入适量的这种矿物粉末可以提高塑料薄膜对红外线的阻隔性，从而 减少棚内热量在夜间以红外线辐射形式向棚外散失，提高其大棚的保温性。轻工业塑料加工应用研究所在上世纪九十年代初的研究成果表明：云母粉、高岭土、滑石粉和轻质碳酸钙在填充量相同时（细度相近且均经过 表面处理），对聚乙烯薄膜力学性能的影响接近，其中高岭土和云母粉填充的 薄膜力学性能更好一些。含硅元素的填料填充的LDPE薄膜对7-25 pm红外线的阻隔作用明显优于不 含Si的无机填料轻质碳酸钙，而云母粉、高岭土和

8、滑石粉的红外线阻隔性 相似。三种含Si的填料中，云母粉填充的LDPE薄膜的透光率最高，而且接近纯 LDPE塑料薄膜的透光率，高岭土和滑石粉的次之，但都高于碳酸钙填充的薄 膜。由于滑石粉价格便宜和便于操作，具透光性和红外光阻隔性虽然不如云母粉和 高岭土，但仍能在保持较好透光性的同时提高其保温性，故在农用塑料棚膜中已得到广泛应用。目前农膜生产厂根据膜的品种（耐老化膜、双防膜、多功能 膜等）不同，使用超细滑石粉的量为 1%-6%。2）作为成核剂使用结晶性聚合物如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯 （PET）、聚酰胺（PA）等，在加工熔融后的冷却定型过程中，一部分大分子将排列有序，称

9、之为结晶。结晶不仅需要一定的温度和冷却速率，还需要先生成品核，接着才是晶体的生 长。成核剂有两个主要作用，一是总结晶速率增大，可确保熔融聚合物在冷却 过程中更迅速地固化，从而缩短注塑成型循环周期，提高工效；二是平均球晶 尺寸下降，拉伸强度、热变形温度和硬度在成核剂作用下都得以增强，透明度 增加、浊度下降。滑石粉作为PE或PP的成核剂使用，首先要求颗粒要小，粒径越小其颗粒数 越多，意味着结晶中心越多。同时生长的晶体数目越多，晶体本身的尺寸越 小，整个材料的性能就越好。同时也要求在熔融状态下滑石粉的分散越彻底越 好，团聚现象越轻微越好。3）以滑石粉为主要填料的透明型填充母料在塑料薄膜中使用碳酸钙虽

10、然可以得到降低成本的效果，但用量大时，薄膜的 透明性受到较大影响，引起一些用户的误解。透明型填充母料针对这一情况， 在填料的选择和加工工艺方面做了重大改进，使 PE薄膜的透明性有了很大的改进。表3和表4分别为添加20%和30%透明母料后的薄膜的光学性能和力学性能。表3透明母料对HDPE薄膜光学性能的影响序号件料淮幅比树襟mm透光串产对寄度严修1力0129221.132。由1291472 J5330仇M291占74.。甘表4透明母料对HDPE薄膜力学性的影响丹利添加比例 % ；摩度ITL1T1抱伸引度（MPa?仲K率论）期向横向纵向 横向100.176.0853,25130.86395.5220

11、0.017fi.473 tL32di.6d330G.01除加3L3274.3327.29煨烧高岭土由于煤系高岭土中含有可燃物碳及多种形态的水（吸附水、结晶水），在用做 塑料薄膜的添加剂时必须先经过煨烧，实现脱水、脱碳，由黑色变成白色的煨 烧过程。在高温下煨烧，矿物不仅要经历脱水、脱碳的历程，而且还有可能在 矿物的结晶形态上发生种种变化。如果莫来石相含量过高，由于莫来石的硬度 太高，将会对塑料加工机械设备关键部件 螺筒和螺杆造成严重磨损，带来 生产效率下降、产品质量不稳定的不良后果。此外煨烧高岭土的粒度及分布、 白度和价格等因素，也必须加以认真对待。地球上接收到的来自太阳的光具波长 98%集中在

12、0.3-3.0 pm范围内，分为紫外 光（0.3-0.4 pm）、可见光（0.4-0.7 m）和红外光（0.7 pm以上）三大部分，其中白天供农作物进行光合作用的可见光是太阳光转化为地球上的热能的主要 形式。夜晚从地球表面向大气层散发热量的主要形式即能量的 90%是以7-25pm的红外光辐射的，具峰值为11-13小。用农用塑料薄膜扣成的大棚，主 要是使棚内温度远高于棚外，使农作物得以早发芽、早成熟，寒冷的季节里棚 内作物也照样能够生长。普通的不含红外光阻隔剂的聚乙烯薄膜对红外光的阻 隔能力很差，不足25%,因此虽然在白天太阳光透过棚膜，将能量留在棚内转 化成热能，使棚内温度升高，但在夜间由于棚

13、膜对红外光阻隔性差，大部分热 量会以辐射形式散失到棚外。为此只能增加棚膜的厚度，而这种增加不仅提高 阻隔性有限，而且受膜的成本限制也不可无限制地加厚。唯一的办法是将对红 外光有阻隔作用的物质加到塑料薄膜中使其红外光辐射到棚膜上时，不能穿透 过去，又重新反射回棚内，达到塑料大棚保温的效果。纯聚乙烯薄膜（厚度0.08-0.1mm ）对7-25pm波长范围的红外光透过率为 70%-80% ,通过添加红外光阻隔剂，可使红外光透过率减少到 50%以下。德国CONSTAB聚合物-化学有限公司可将红外光透过率减少至 25%以下；北京市 塑料研究所研制的0.05mm厚的无机填料填充的聚乙烯薄膜，7-11 pm

14、波长范 围的红外光透过率可减至36%;河南省焦作市第一塑料厂生产的 0.05mm厚的 无机填料填充的聚乙烯薄膜，7-14pm波长范围的红外光透过率可减至 39%。 德国CONSTAB聚合物-化学有限公司以中国出产的粘土为原料制成商品牌号 为Constab IR 0404 Id的红外光阻隔功能母料，在聚乙烯薄膜中添加 7% ,使7-14 pm范围内的红外光透过率减少至 25%以下。煨烧煤系高岭土添加到聚乙烯塑料中后，填充体系的力学性能优于同等条件下的滑石粉或碳酸钙填充体系，见表 5。表5不同填料填充聚乙烯塑料薄膜的力学性能耀料.1薄腱性能 一。一拉伸强度纵横向域烧南岭土16-20147百嘏酸钙1

15、2T4农腮国标史口 4 星H.D断强伸长率乳N吁阿UI Q-32026Q-3IW(760320土 35口度免撮瞿强度蚁横向）606256-60昌60注:用（料用那肚河收中的市履8黄为工”通过扣棚实验，表明相对滑石粉和碳酸钙填充的农膜，使用高岭土的农膜透光 好，棚内保温效果好，有利于农作物增产应用中的共性问题无机粉体材料在塑料中应用已经获得广泛认可，发挥增量、改性和环保效应等 三大重要作用，但同时也存在一些问题，制约着无机粉体材料在某些方面的应 用。这些问题在塑料薄膜上也同样存在，需要引起我们的高度重视，并通过技 术创新加以解决。增重问题非金属矿物的密度比合成树脂大很多，通常都要大两三倍，有的如

16、重晶石粉比 聚乙烯或聚丙烯的密度要大五倍左右。尽管矿物填料在质量上一比一地代替了 基体塑料，但它所占有的体积仅为同样质量的基体塑料的几分之一。如果矿物 填料的颗粒与基体树脂紧密接触，没有空隙的话，那么这种体积上的差别将直 接影响到以面积或长度计量的塑料材料及制品的数量，例如管子和异型材的长 度或人造革的面积；也直接影响到注塑成型制品的数量，因为注塑成型的模具 型腔的容积是一定的，同样质量的熔体如果体积不同，所能成型的注塑制品的 数量就会减少，结果在使用填料降低制品成本、增加经济效益的同时，出现了 因长度、面积、制品个数减少的负面效应。由于聚乙烯薄膜在纵向和径向都受到拉伸，无机粉体材料对 PE薄

17、膜密度的影响略显轻微。例如加有30%重钙的PE薄膜密度不超过1.1 g/cm3,虽然比纯 PE薄膜增大15%左右，但较之注塑成型制品，增大的幅度要小得多。这是因 为高分子材料在粘流状态转为定型状态的冷却过程中如被拉伸，必然使大分子 之间的空隙加大。碳酸钙粒子本身是不会形变的，但它们周围的 PE大分子是可以形变的，100%的纯PE熔融物料和除碳酸钙外70%的PE熔融物料都要经 受同样的纵向拉伸和径向吹胀，可形变的物料仍然都要达到预定的纵向伸长（取决于转速）和径向伸长（取决于膜泡直径），就必须出现更多、更大的空 隙。空隙增多、增大，意味着材料整体密度的下降。PE薄膜在无机粉体材料添加得比较多时，密

18、度将有所增大，需要从整体上看， 按面积计算其成本是否因添加无机粉体材料而有所下降。由于无机粉体材料的 价格通常都远低于高分子树脂，因此考虑到上述因素，通常加入无机粉体材 料，特别是碳酸钙，都能使PE薄膜的原材料成本有所下降。老化问题加入无机粉体材料的聚乙烯薄膜存在一定的易老化问题，如果从可环境消纳的 角度看，是有利的，但从农用地膜或棚膜的角度看是不利的表6列出福建师范大学化学与材料学院的研究结果。他们在研制可环境消纳塑料时发现，在加有光降解剂的前提下，加有碳酸钙或滑石粉的 PE薄膜，在老化试验中跋基指数达到一定值的时间都要少于不加入碳酸钙或滑石粉的 PE光降解膜。表6无机粉体材料对PE薄膜老化

19、性能的影响 单位：d（天、PE W然融指彘券箱障密膜密3批重钙的先降解膜含3g“滑石粉的光降解股64545353032透光度大家都认为无机粉体材料加入到聚乙烯中，具透光度要受到很大影响，即使材 料性能能够满足使用要求，但对于农膜和地膜来说，良好的透光度仍然是能否 大量使用无机粉体材料的前提条件。填充PE薄膜的透光性好坏主要取决于填料颗粒大小和这种无机粉体材料与基体塑料折光率的差异。和具有极强遮盖力的钛白粉、铅白（氧化铅）、锌白（氧化锌）（折射率分别为2.52、2.01和1.79）不同，方解石的两个折射率分别为1.658和1.486 ,而PE塑料的折光率为1.55左右，因此加有少量碳酸钙 就显现

20、出不透明是自然的。而要想使大量碳酸钙颗粒都呈现纳米尺度的分散也 是不可能的。滑石粉的折光率与 PE塑料更接近些，因此只要能分散开来，其填充PE薄膜就可以有比碳酸钙更好的透光性。最近有人找到一种矿物，填充后的PE薄膜透光度很高，几乎和纯LDPE相同，其价格又不是很高，给在农地膜中大量使用带来希望。表7几种无机粉体材料对 LDPE薄膜透光性的影响战传神无地也LDPE原希花通过率nt时慧93.M93385整编光ze.3路45。40Hi ：器抻iwi幡偏尻4第&无机粉体材料在塑料薄膜中的应用已经取得了显著成绩。由于农用塑料薄膜， 无论是地膜，还是棚膜，大都使用聚乙烯树脂，因此研究探讨各种无机粉体材 料对PE塑料性能的影响就显得十分重要。笔者不奢望农地膜大量使用无机粉 体材料，但热切希望从可持续发展的战略高度，从塑料产业与环境生态保护协 调发展的角度，从企业通过技术创新提高产品市场竞争力的角度，大家共同努 力开辟出无机粉体材料在农地膜中应用的新天地来。