塑料網訊我國塑料加工工業持續快速發展制品年產量達一億噸人均消費量也進入世界發達國家行列在全面建成小康社會乃至今后的歷史長河中塑料材料和制品都將成為我們生活中不可缺少的重要伴侶做為一種人類現代科技成果的新型材料塑料將青春永駐塑料加工工業也將做為綠色朝陽產業而持之永恒

改性塑料的微孔硅酸鈣改良

改性塑料行業是塑料加工工業的一支重要的方面軍起著先鋒和帶動的重要作用

塑料改性即通過化學的方法或物理的方法或化學物理聯用的方法降低塑料材料及制品的成本或使其性能按我們所希望的方面得到改善或者增加其功能使之應用領域得以擴大

填充改性與共混改性增強改性并列為塑料改性的三大手段填充改性指的是通過添加非有機高分子類的粉體材料（主要是由非金屬礦物制成的粉體）達到降低塑料材料及制品成本性能改善增加功能的效果

填充改性技術取得重大進展但也面臨著一些難以逾越的問題其中最主要的問題就是增重問題

微孔硅酸鈣的出現為解決填充改性技術發展瓶頸的增重問題帶來光明和希望新近的研究表明適量微孔硅酸鈣不僅可以使填充塑料的密度顯著降低而且在保持良好的物理機械性能的前提下功能性凸顯是幾十年來塑料改性領域從未出現過的全新現象它的合理使用將為塑料填充改性帶來革命性的重大變化其現實和長遠意義都是重大非凡的在可以預見的將來微孔硅酸鈣的制造和應用將登上科技創新的獎臺在國內國際范圍內將樹立新材料創新的制高點成為人工合成無機粉體材料技術創新的里程碑

塑料加工業使用非金屬礦物粉體材料的情況

塑料材料及制品年產量1億噸使用各種非金屬礦物粉體材料總量為1200萬噸碳酸鈣（包括重鈣和輕鈣）占70%即840萬噸滑石粉占20%即240萬噸其它如高嶺土硅灰石粉水鎂石粉鎂鋁氫氧化物等占10%即120萬噸

隨著塑料加工工業的發展和填充改性技術的進步在塑料新材料及制品中使用的非金屬礦物粉體材料的數量還將顯著增長

天然微孔粉體材料和人工合成的微孔硅酸鈣粉體材料的情況

天然微孔粉體材料主要指的是硅藻土和沸石粉

硅藻土是一種硅質巖石由古代硅藻遺體組成其微孔直徑約20~100nm孔壁125nm左右聚集的粉體顆粒約幾個微米到幾十微米因有大量微孔存在其堆積密度約0.3~0.4g/cm3

硅藻土在我國分布集中在吉林浙江云南等地經過分選提純廣泛用于過濾保溫隔熱建材等領域其吸附功能突出能吸附自身重量2.5倍的水

在塑料中應用硅藻土的主要障礙是其硬度過高易對加工機械設備及其模具造成嚴重磨損盡管其微孔優勢很誘人但所有的應用研究都因磨損嚴重而止步了

沸石粉也具有致密的微孔結構而且資源更為豐富其精制也相對方便同樣因硬度高在塑料中未能得到實際應用

天然微孔粉體材料在很多領域得到恰當的應用是可喜的事但它們既然是大自然的饋贈就存在枯竭隱患而人工合成的硅酸鈣微孔材料其主要原料是含硅化合物和碳酸鈣在地球上可以是取之不盡用之不竭

人工合成硅酸鈣微孔粉體材料同樣具備天然微孔材料同樣的納米尺度的微孔結構幾乎具備天然微孔粉體材料的全部使用功能有的方面還有過之而無不及尤其寶貴的是這種微孔粉體材料的硬度和大量使用的碳酸鈣滑石粉等粉體材料相近的硬度不會對加工機械設備及模具帶來不可忍受的損害

人工合成的微孔硅酸鈣具有多孔結構其微觀結構照片如圖1所示其它幾種粉體材料的微觀照片如圖2所示

合成硅酸鈣粉體一次顆粒粒徑為1~3μm其蜂窩狀微孔尺寸約100μm左右微孔周邊孔壁厚度約5~10μm

表1和表2分別展示了合成硅酸鈣微粉和其它多種粉體的技術性能可以看出硅酸鈣粉體在堆積密度比表面積和吸油值方面是普通粉體材料不可相比的而和價格昂貴的白炭黑相似

合成微孔硅酸鈣粉體材料的功能性及其在塑料中應用

合成微孔硅酸鈣粉體材料因制造成本較高不可能比大量碳酸鈣滑石粉等塑料加工常用的粉體材料便宜而且由于多孔性造成吸水性強以及比表面積大造成加工流動性分散性不良直接添加到塑料中使用有相當的困難研究工作的重點應當是充分發揮其微孔材料的功能性和添加工藝的合理性兩方面使其在使用成本可以接受的前提下制出其它粉體材料不可能做到的高附加值的功能性塑料材料

充分發揮自身堆積密度小的特點降低填充塑料的密度解決增重問題

在同樣添加量時微孔硅酸鈣粉體填充聚乙烯塑料的密度最小且隨著添加量的增加密度增大的最緩慢如圖3兩種粉體制成的母粒填充聚乙烯塑料片材（厚度2.0mm）的性能見表3

由表3可知母料添加量為40%時微孔硅酸鈣的填充效果不僅優于重質碳酸鈣而且其密度低12.5%

利用其高吸附性制備具有緩釋功能的塑料

微孔硅酸鈣的結構特征決定了高吸附性利用這一特點可用于多種助劑的載體加入塑料中后其助劑的釋放時間得以延長從而使塑料材料的某種功能性得以持久

例如在功能性農膜中使用流滴劑母料以微孔碳酸鈣為載體制成流滴劑母料添加到聚乙烯塑料中制成的無滴功能農膜其流滴失效時間是純樹脂制成農膜的一百多倍比使用滑石粉也延長將近80%的時間見表4

滑石粉添加到農膜中還能起到阻隔紅外線的作用提高農膜的保溫性研究結果表明微孔硅酸鈣粉體不僅可以延長流滴劑消耗的時間而且在阻隔紅外線的功能方面優于滑石粉

利用其高吸附性制成除味母料將徹底解決生產現場的異味問題

利用其高吸附性制成除味母料將徹底解決生產現場的異味問題而且對塑料材料及制品使用過程中可全程保持無異味狀態

圖4顯示了加入微孔硅酸鈣粉體的聚乙烯塑料對甲醛的吸附作用而重質碳酸鈣填充的聚乙烯塑料對甲醛吸附作用為零

在塑料用的相容劑母料流滴母料的加工現場由于助劑受熱揮發其氣味令人窒息研究試驗表明少量硅酸鈣粉體的加入可顯著消除現場異味保護操作工人健康實現綠色生產

我國廢棄塑料再生加工利用的規模已達到3000萬噸/年但在加工現場散發的臭味令人難以忍受在加入少量微孔硅酸鈣后現場氣味消失

許多汽車家電的零部件乃至很多裝飾裝潢材料都是由塑料材料制成人們擔心在使用過程中有甲醛或其它不良物質揮發出來如果在制成這些塑料材料時加入適量微孔硅酸鈣將揮發物質關在微孔的牢籠中就可以高枕無憂了

微孔硅酸鈣用于塑料的要求

1）可以分散到基體塑料中的粉體顆粒粒徑應在20μm以下（過800目）不宜過粗但也不宜過細

2）水份含量小于5%因干燥涉及到成本對其水份的要求要適度盡量在使用工藝上予以彌補

3）非微孔結構的其它粉體（在制備過程中未去除干凈的雜質應少于1%）

4）pH值在8左右盡量將堿分離干凈

5）白度盡可能高至少大于90度

6）微孔的孔容和孔徑要最大限度地保持可根據不同用途分出等級

在價格方面做為功能性粉體材料當然不能和普通粉體材料相比但價格過高將影響使用的積極性對于干燥程度達到使用要求的微孔硅酸鈣粉體材料最好售價低于2000元/噸

借鑒硅藻土的使用經驗拓展微孔硅酸鈣的應用領域做為微孔材料硅藻土的應用歷史悠久應用技術也很成熟不妨予以借鑒

展望

在塑料中使用微孔硅酸鈣的應用研究正在進行之中也取得很多令人鼓舞的成果可以預見幾年之內將形成數以幾十萬噸的市場需求而它的合理使用其經濟效益和社會效益都是極為顯著的

人工合成微孔硅酸鈣是塑料添加劑領域的創新也將給改性塑料學術技術上帶來變革黨和政府提出創新驅動發展戰略強調科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐必須擺在國家發展全局的核心位置

我們所從事的工作正是創新驅動提質增效的現實行動盡管還有一些困難但要堅定信心堅決地堅持不懈的走下去就一定能夠迎來微孔硅酸鈣加工制造和應用的輝煌以原創的自主的自有知識產權引領登上改性塑料領域的制高點創造出一個個奇跡

文章鏈接中國塑料機械網http://www.86pla.com/news/detail/27132.html