無機粉體在塑料中的應(yīng)用新進展.ppt

無機粉體在塑料中的應(yīng)用新進展,2016年6月30日安徽合肥,2 無機粉體產(chǎn)品應(yīng)用新進展,3 無機粉體應(yīng)用工藝新進展,4 無機粉體產(chǎn)業(yè)發(fā)展新趨勢,1 前言,目 錄,前言,無機粉體資源豐富、價格低廉、性能優(yōu)異，在塑料制品中已得到了廣泛應(yīng)用，已成為重要的填充、改性、增強材料，取得了明顯的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。,1,無機材料在塑料中應(yīng)用是一門年輕的跨學(xué)科技術(shù)，雖然用量大、用途廣，系統(tǒng)地研究,試驗應(yīng)用推廣此類復(fù)合型技術(shù)的科研單位、大專院校和企業(yè)尚在發(fā)展階段。 本人結(jié)合親身經(jīng)歷，總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗，愿與大家共同交流分享！期盼得到大家批評指正！,無機粉體產(chǎn)品應(yīng)用新進展,2,碳酸鈣已廣泛用于油漆、涂料、造紙、日化、建材、醫(yī)藥等行業(yè)，碳酸鈣是塑料中使用的無機材料中最重要的一類，在每年使用的1000多萬噸各種無機粉體材料中，碳酸鈣的用量達到60%以上。,2.1 碳酸鈣,重質(zhì)碳酸鈣是把天然礦石用機械磨碎得到的粉體。 重質(zhì)碳酸鈣的密度2.7g/cm3。,輕質(zhì)碳酸鈣是通過煅燒化學(xué)反應(yīng)得到的沉淀碳酸鈣。 輕質(zhì)碳酸鈣的密度約為1.21.9g/cm3。,粉體的堆積密度與真實密度具有較大差異。,不同粒徑和添加量碳酸鈣填充改性PP的性能比較,不同品種的碳酸鈣填充改性PVC的性能比較,不同粒徑和添加量碳酸鈣填充改性PVC的性能比較,2.2 硅灰石,硅灰石屬天然的硅酸鈣（CaSiO3），呈淺白色針狀結(jié)構(gòu)，長徑比（L/D）可達15/1,是塑料中纖維狀的無機增強填料，具有極好的抗張強度和抗撓曲強度，并且具有特別好的耐濕性能。 硅灰石具有資源豐富、價格低廉等優(yōu)勢，是塑料增強改性的新的無機材料，雖然在塑料制品中受其白度和加工工藝等方面的制約，但隨著它的特性逐漸被人們所認識，應(yīng)用范圍和用量會有較快的增長。,硅灰石可廣泛用于PET、PA、PE、PP、ABS等樹脂，它的許多性能與滑石、石棉和云母等無機粉體相類似，硅灰石作為塑料中的無機填料，應(yīng)采用硅烷偶聯(lián)劑進行表面活化改性處理，以提高或保證不同材料界面相容效果。 值得注意的是硅灰石粉填充的材料吸水性顯著降低，這個特點可以改進吸水性較強的尼龍制品在潮濕環(huán)境下因吸水而導(dǎo)致強度和模量下降的缺點。,硅灰石在改性PA6中的應(yīng)用特性,硅灰石在改性PP中的應(yīng)用特性,2.3 滑石粉,滑石作為一種添加劑、改質(zhì)劑或填料，已廣泛用于造紙、油漆、涂料、陶瓷、化工、日化、塑料、橡膠、食品、醫(yī)藥等行業(yè)?；哂匈|(zhì)地柔軟、磨耗低、光澤度高、吸油值小、透明性好等優(yōu)點，滑石良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的物理特性得到了人們的認可。 滑石在塑料、橡膠中應(yīng)用具有明顯的增強改性作用，可提高塑料產(chǎn)品的拉伸強度、沖擊性能、抗蠕變性、耐熱性、抗撕裂性等。改善產(chǎn)品的表面外觀，降低產(chǎn)品收縮率，提高阻隔效果，減少透氣性，增加塑料制品的剛性和挺括度，已成為改善塑料制品物理性能的重要改性材料，越來越受到塑料行業(yè)的青睞。,滑石對塑料產(chǎn)品顯著的增強作用主要來自于其獨特的微觀片狀結(jié)構(gòu)。加工后的滑石粉，片狀結(jié)構(gòu)保持的越完整，其增強效果越明顯。較大的徑厚比（片狀顆粒平均直徑與其厚度之比）可提高塑料制品的剛性、沖擊強度、彎曲模量和熱穩(wěn)定性。 高品質(zhì)超微細滑石粉成片狀結(jié)構(gòu)，用于塑料制品時，可均勻的成層疊狀分散在樹脂中。如同水泥制品中嵌入的金屬結(jié)構(gòu)網(wǎng)，能夠在保持塑料的自身優(yōu)點外，形成力學(xué)性能優(yōu)異的增強支撐形態(tài)，可提高塑料制品的物理性能，還具有明顯的保溫、阻隔作用。,20%和40%填充聚丙烯的典型物理性質(zhì)（23測定）,40%CaCO3和40%填充聚丙烯的典型物理性質(zhì)（23測定）,不同材料填充在尼龍66中的性能,將天然礦石（重晶石）經(jīng)粉碎、水洗、干燥后制得為重晶石粉（也稱重質(zhì)硫酸鋇），呈白色或灰色粉末，密度為4.34.6g/cm3。 重晶石加熱至1100還原生成可溶性硫化鋇，再與硫酸或硫酸鈉作用生成沉淀硫酸鋇（也稱輕質(zhì)硫酸鋇），粒徑細，白度可達92度以上。,2.4 硫酸鋇,我國重晶石礦保有儲量 3.59 億 t,基礎(chǔ)儲量為 0.74 億 t，其中可采儲量 5235 萬 t，分布在22個省市及地區(qū)，其中貴州、湖南、甘肅、江西、廣西、山西、福建七省占全國總量的 91%。 硫酸鋇因具有化學(xué)惰性強，穩(wěn)定性好、耐酸堿、硬度適中、高比重、高白度、能吸收有害射線等優(yōu)點，廣泛用于塑料、橡膠、涂料、中高檔油墨、化工、造紙、陶瓷、顏料等領(lǐng)域?？稍黾又破返挠捕?、強度、提高耐熱和耐磨等性能，是發(fā)展較快的功能性材料之一。,硫酸鋇獨特優(yōu)異的性能，使其應(yīng)用十分廣泛，成為塑料制品新的功能改性材料之一。硫酸鋇具有提高塑料制品的耐化學(xué)腐蝕性、耐熱性、改善產(chǎn)品外觀等特點。硫酸鋇可用于PP、PA、PET等樹脂生產(chǎn)的家電外殼、機械零件、汽車部件、空調(diào)面板、電熱壺外殼等。,硫酸鋇粒徑及用量對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,硫酸鋇的質(zhì)量分數(shù)對PP物理和力學(xué)性能影響,高光免噴涂PP的基礎(chǔ)配方是均聚PP樹脂原料加沉淀硫酸鋇，有時還會添加少量滑石粉和成核劑。配方要點就是填料選擇，填料種類那么多，為何要選擇沉淀硫酸鋇作為高光PP填料？下面一圖可解釋原因。,由圖中可以看出填料對PP光澤度的影響程度次序如下：沉淀硫酸鋇重晶石高嶺土碳酸鈣滑石粉。填料對光澤度的影響可能與填料剛性粒子的微觀形狀有關(guān)。填料的微觀形狀對PP表面光澤度的影響程度依次為：球狀粒狀針狀片狀。 高光澤PP作為理想的替代ABS、HIPS等高光澤制品的材料，已引起了人們的興趣和關(guān)注。高光PP與ABS樹脂相比具有密度小、成本低、改性方法靈活等特點。目前許多小家電外殼已經(jīng)用高光免噴涂PP作為首選材料。,2.5 云母,云母粉主要化學(xué)成分 %,云母指的是天然白云母，是一種具有獨特結(jié)構(gòu)的層狀鋁硅鹽酸礦物，單斜晶系，晶體呈假六方片狀。白云母薄片透明無色，厚片略帶淺綠、黃、橙等色，玻璃光澤，解理面呈珍珠光澤，硬度2.53.1，比重2.763.10g/cm3，片徑比可達80:1120：1，是云母重要的特性之一。,云母可改善塑料的物理性能 云母具有較好的增強作用，可提高機械部件、車輛零件、木塑制品、家電外殼、包裝制品、薄膜、拉絲和繩索等塑料產(chǎn)品的物理性能。,不同材料填充的聚丙烯性能,不同材料填充在尼龍66中的性能,（1）高嶺土可提高玻璃化溫度較低的熱塑性塑料的拉伸強度和模量，提高制品的剛性和強度，加入到聚丙烯中還可以起到成核劑作用。高嶺土對紅外線的阻隔作用非常顯著，在軍事器材上已得到應(yīng)用，在薄膜中應(yīng)用可提高保溫效果。 高嶺土經(jīng)煅燒后可明顯提高塑料的電絕緣強度，可用于電線、電纜及耐高壓絕緣產(chǎn)品。 高嶺土顆粒具有極強的凝聚傾向，采用表面活化特殊處理技術(shù)才能達到均勻分散的目的。,2.6 無機材料新應(yīng)用,（2）木粉、竹粉、秸稈粉與塑料復(fù)合生產(chǎn)成塑木制品，在國內(nèi)外得到了大量的推廣應(yīng)用，因來源豐富、價格低廉、低碳環(huán)保，受到社會關(guān)注。但它的耐熱性是制約用量和用途的主要瓶頸。,（3）中國粉煤灰粉年排放量超過2億噸，累積量超過40億噸，是排放量最多的工業(yè)固廢。因此，粉煤灰仍然面臨大量堆積以及堆貯量逐年增高的窘境。,目前，粉煤灰主要用于輕體高強保溫材料、高標號水泥、道路、建筑基礎(chǔ)夯實摻混料等，提取氧化鋁、制備白炭黑也是當(dāng)前最熱門的新技術(shù)。,粉煤灰主要成分,玻璃微珠（粉煤灰）具有比重小、硬度大、流動性好等優(yōu)點，可用于注塑、中空等塑料制品的填充改性。 將粉煤灰加工成一定粒徑的具有吸附性能的功能新材料，用于再生塑料等制品加工中，在添加3%8%時，可有效地吸附有害物質(zhì)、氣味和水分。,2m標尺 1m標尺,下圖是粉煤灰人工合成的硅酸鈣微粉的微觀結(jié)構(gòu)電鏡照片。,添加50%的碳酸鈣和50%硅酸鈣母料板材性能測試,硅酸鈣在廢舊塑料加工、板材、管材等方面試用，比重輕、異味吸附性強、物理性能優(yōu)異等特點。 該產(chǎn)品還在PVC、PE、橡膠生產(chǎn)的管材、板材、發(fā)泡材料中試用，比重輕、物理性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本和單位成本均有下降。,（4）電石灰作為化工產(chǎn)品的主要排放固體廢物，大量的電石灰主要用于道路、建筑等方面的夯基材料。我們通過在塑料管材中初步應(yīng)用試驗，取得令人驚喜的效果。,電石灰成分指標,電石灰母料在PE管材中應(yīng)用試驗,上表中的數(shù)據(jù)因正在試驗中，有些數(shù)據(jù)尚不完善，僅供參考。,（5）黑滑石、黑方解石等黑色無機礦物近年來也得到企業(yè)的青睞，塑料、橡膠中添加黑色無機粉體后，可部分替代炭黑，礦產(chǎn)資源充分利用的同時，生產(chǎn)成本具有明顯的優(yōu)勢，物理性能對比見下表。,三種滑石粉制成的母料與HDPE2480混合制樣樣條的物理性能,在實際應(yīng)用過程中，人們發(fā)現(xiàn)應(yīng)是非常簡單的技術(shù)，往往難以達到人們的意愿，而有的應(yīng)用效果而會超出大家的預(yù)期，諸多現(xiàn)象和問題引發(fā)了各界的興趣和關(guān)注。 無機粉體大多屬親水性材料，合成樹脂屬親油性材料，如果用簡單的機械物理方法使其共混，兩種不同性質(zhì)的材料既不能交聯(lián)，甚至還會呈“對立結(jié)構(gòu)”，怎樣使兩種不同性能的材料能夠較好地相容在一起，充分發(fā)揮各自的功能？已成為人們關(guān)注的重點。,共混活化改性相容塑化,無機粉體應(yīng)用工藝新進展,3,表面活化改性工藝技術(shù)，可大大提高無機粉體在塑料中用量的同時，還可明顯改善塑料制品的物理性能和加工性能，有效地擴大無機粉體在塑料中的應(yīng)用領(lǐng)域和添加量，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。,新型粉體改性設(shè)備，采用提升機加料、出料、機體密封生產(chǎn)，活化機由改進的無重力混合機為活化中心，采用導(dǎo)熱油對機體進行加熱。該機為臥式機體，雙軸多槳結(jié)構(gòu)，機體底部呈形，頂部按需設(shè)置加料口和進料口，并設(shè)有添加劑加入口，粉體活化后由底部出料。,當(dāng)粉體達到改性溫度時按配比加入改性劑，由安裝在雙軸上的工作槳片將粉體和改性劑拋灑到機內(nèi)整個空間，在瞬間失重（無重力）的狀態(tài)下廣泛交錯形成流動層，同時粉體也被槳片推動，沿徑向軸向運動，從而形成全方位復(fù)合循環(huán)，這時粉體處于加熱狀態(tài)下與改性劑快速均勻接觸而被活化，見下圖。,無機粉體、助劑、樹脂的相容性是影響塑料制品質(zhì)量的重要因素。經(jīng)過活化處理后的無機粉體表面均勻地包覆與樹脂性能相近的親油性助劑，在與樹脂共混過程中，改善不同物料界面相容性，提高產(chǎn)品的性能。 活化效果試驗可采用約60的水在透明杯中浸泡活化后的無機粉體，并輕輕均勻地攪拌，觀察粉體是否呈絮棉狀漂浮在水面，浸泡時間越長，水液越清澈無渾濁沉淀物，證明表面活化處理效果越好。,活化包覆,活化率+牢固度=改性效果,界面相容與活化包覆有著非常密切的關(guān)聯(lián)。界面相容就是無機粉體經(jīng)過活化后，形成均勻地有機包覆層，能夠在溫度、壓力等作用下與有機材料有很好的相容性。無機粉體表面改性的效果是決定界面相容的重要決定因素。從下圖不同的水液中可以看出活化效果的差異性。,水分及易揮發(fā)物,塑料對水分及易揮發(fā)物的含量要求特別高。國家行業(yè)標準對水分及易揮發(fā)物的指標要求0.5%。而在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，水分及易揮發(fā)物在0.3%時，就會影響塑料加工和制品質(zhì)量。,水分及易揮發(fā)物在塑料加工時會因在高溫、摩擦等因素的影響下形成氣體，影響不同材料的相容性，有時還會造成干燥后的微細粉體的二次團聚。 水分及易揮發(fā)物在塑料加工時形成的氣體，會在機械輸送過程中往復(fù)運動。在冷卻后，會對塑料制品產(chǎn)生鯊魚皮細紋、氣泡、不規(guī)則裂紋，影響產(chǎn)品的外觀和物理性能。,無機粉體中的水分及易揮發(fā)物受礦產(chǎn)資源、自然環(huán)境、加工工藝及粒度、包裝、運輸及儲存等多種因素影響。而含量數(shù)據(jù)的測定也會因不同條件和環(huán)境的制約，有一定的誤差。,靜電,片狀結(jié)構(gòu)的無機粉體，大直徑比和超細粉體的大比表面積，在加工中極易摩擦產(chǎn)生靜電，使細小顆粒凝聚結(jié)團，影響產(chǎn)品的分散效果。在薄膜、片材、管材中出現(xiàn)的白色小點，分布在制品中，影響產(chǎn)品的外觀，對產(chǎn)品的物理性能和應(yīng)用效果都會帶來不利影響。,將小白點集中采集后用馬弗爐煅燒，觀察留下的粉渣，可確定白點的主要成分。靜電是產(chǎn)生凝聚，影響超微細粉體工業(yè)化應(yīng)用的重要制約瓶頸。我們采取干燥處理后的靜置存放靜電消除工藝，技術(shù)簡便可行，成本低廉。 粉體物料在110140 干燥處理3min5min后，將物料存放在干燥通風(fēng)的地方，靜置存放20h后再直接使用，能有效地消除靜電，生產(chǎn)工藝簡單方便。,無機粉體發(fā)展新趨勢,4,黨的十八屆五中全會提出創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享五大發(fā)展理念，目前企業(yè)在經(jīng)濟運行壓力加大的形勢下，無機非金屬礦物材料產(chǎn)業(yè)應(yīng)加快轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展、綠色發(fā)展，提升產(chǎn)品品質(zhì)，增加經(jīng)濟效益。 為此，提出幾點個人看法，僅供參考。,（1）無機粉體生產(chǎn)應(yīng)用無害化。無機粉體大部分是不可再生的有限自然資源，在產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、礦山開采、生產(chǎn)加工、產(chǎn)品應(yīng)用中應(yīng)始終堅持恢復(fù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約能源資源、注重工作環(huán)境和產(chǎn)品的無毒、無味、無污染、環(huán)境可消納、可循環(huán)再利用的方針，推廣應(yīng)用洞采、降噪、降耗、降粉塵和礦產(chǎn)分級利用等工藝技術(shù)，走出產(chǎn)業(yè)生態(tài)、綠色、節(jié)能、高效新的發(fā)展之路。,（2）無機粉體加工應(yīng)用微細化。無機粉體的特殊性能隨著粒度的超微細化而逐漸凸現(xiàn)，研究、開發(fā)、試驗、應(yīng)用微細粉體、納米級材料，可賦予高分子材料的耐老化、阻燃、耐熱、耐磨耗及光學(xué)、物理性能的凸現(xiàn)，給工業(yè)產(chǎn)品帶來意外的功能效果和應(yīng)用空間。,無機粉體的表面改性處理和微細粉體均勻分散尚是目前應(yīng)用技術(shù)突破的瓶頸。,（3）無機材料應(yīng)用復(fù)合多元化。將一種或多種不同材料復(fù)合在一起，使各組分的性能相互取長補短，構(gòu)成兼具多種性能的新材料，從而達到提高性能和多功能化的目的。這些材料“合金”在高科技工業(yè)中使用后，具有質(zhì)量輕、強度高、性能優(yōu)等特點，成為航空、航天、汽車、鐵路、機械零部件、醫(yī)用材料等方面的新型功能材料。,（4）無機粉體產(chǎn)品高性能化。發(fā)達國家將我國的無機材料進口再加工后返銷到國內(nèi)，價值提高數(shù)倍至數(shù)十倍，價格可達數(shù)萬元，應(yīng)引起行業(yè)的關(guān)注。 樹立無機粉體不是廉價填充料，客觀地評定無機粉體的價值和性能。應(yīng)充分發(fā)揮無機材料的耐熱、阻燃、屏蔽、導(dǎo)電、吸附、外觀、手感、收縮率等方面的優(yōu)勢，研究在尖端高科技產(chǎn)品中的應(yīng)用特性，拓展無機材料在工業(yè)、民品、軍工、航天、汽車、高鐵等應(yīng)用領(lǐng)域。,（5）無機粉體價值科學(xué)化。無機粉體是人類共同的不可再生資源，資源開采利用應(yīng)有宏觀、長久發(fā)展理念，政府有關(guān)部門和企業(yè)應(yīng)理性看待量產(chǎn)與價值的關(guān)系，加快技術(shù)轉(zhuǎn)型，提升產(chǎn)品質(zhì)量，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，以新的定位、新的視角，客觀公正地對無機粉體的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益作出新的價值評判，促進社會經(jīng)濟長遠、科學(xué)地發(fā)展。,（6）無機粉體產(chǎn)業(yè)延伸化。無機粉體資源豐富、品種繁多，應(yīng)高度重視無機粉體的科學(xué)應(yīng)用，努力拓展產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域，擴大產(chǎn)業(yè)上游聯(lián)姻、下游延伸，加強與塑料、橡膠、涂料、日化、電子電器等產(chǎn)業(yè)的融合聯(lián)姻，其特性與優(yōu)勢與社會共享，為建設(shè)綠色、低碳、節(jié)能環(huán)境友好型社會做出更大的貢獻！,個人簡歷,現(xiàn)任中國塑料加工工業(yè)