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国外塑料用无机填料新产品开发及其应用

时间: 2017-10-18 来源: mining120 作者: 点击:

无机粉料是塑料、橡胶的增强剂、着色剂、增量剂和填充剂,其最终应用还包括从纸张到建筑工业涂料等广泛应用领域,近年仍有一些无机粉料新产品相继推出,其中最有代表性和引起各国科学界和工业界特别关注的是纳米粒子,并已开发出多种综合性能优良的聚合物纳米复合材料,发展前景普遍看好。本文重点介绍国外除纳米粒子以外传统的无机填料及其母料新产品研发以及在改进材料性能、加工性和降低成本方面的应用。

1 高性能滑石

1.1 超细滑石

法国Luzenac公司是世界最大的滑石生产厂家,为适用汽车部件生产用塑料配混料要求,新推出超细滑石新系列产品Jefine ,是长径比很大的超细粒子,推荐用于半结晶型塑料(如聚烯烃、尼龙)和所有的工程塑料。Jetfine粒子尺寸微小,50%粒子小于1000 nm,饰除了最大和最小尺寸粒子,以最佳化粒子尺寸分布,满足汽车外饰件用塑料配混料要求,加入塑料后,配混料流动性好,抗冲击性高。


由于在配混料注塑成型时滑石呈薄片状取向,因而制品刚性高。对于汽车外饰件,滑石在部件中起类似阻隔层作用,限止或阻止其它助剂迁移到制品表面,防止部件褪色或“喷霜”。滑石与碳黑组合能大幅降低材料导电性,克服电子腐蚀带来的问题。

1.2 亚微米级滑石

意大利米兰的HiTalc集团的IMI Fabi子公司于2000年工业化亚微米(sub—micron)级滑石 ,应用领域是汽车工业,特别是用于保险杠配混料,已为一些日本汽车生产厂提供原料,制备汽车保险杠和仪表板。


该公司指出,汽车用PP配混料发展的明显趋势是采用亚微米级滑石,提高滑石细度,使用结果表明能显著提高反应法制备的PP和乙丙橡胶共混物(热塑性聚烯烃,TPO)的冲击强度,平均直径为0.5 μm的滑石与平均直径1.5 μm的滑石相比,加入量为10%-15%时,室温冲击强度高50%左右,其它改进性能还包括:刚性高、收缩率小、热膨胀系数小。Schonor认为亚微米级滑石会成为汽车塑料内饰件和外饰件用的标准填料。

2 碳酸钙及其母料

2.1 碳酸钙母料

美国密西西比州Pieayune的Heritage塑料公司开发的无机母料Minapol L ,一般内含75~80%的碳酸钙或滑石,分散在约15%的基础树脂中,适用于许多聚烯烃及其加工过程,提高PE生产能力和物性,由于Minapol提高材料的导电性和冷却速率,因而提高生产能力15~30% ,另外由于提高材料物性,则能使制品减薄,节省原料1020% ,每磅原料成本降低1-3美分。

 

Minapol HM10系列是用于薄膜的老产品,现还用于板材挤出。PolyCal新系列产品能提高挤出成型线速度10~15% ,提高制品拉伸模量,落镖冲击强度提高一倍。PolyMax母料新系列产品应用目标是HDPE共聚物吹塑(中空成型),生产家用和工业用瓶、工业部件(如电动工具外壳),提高材料耐环境应力开裂(ESCR)50%。Hi—Cal系列母料新品用于PP共聚物注塑成型,大幅降低材料热膨胀系数和模塑收缩率。

2.2 碳酸钙提高PVC稳定性

美国俄亥俄州Dover的Dove化工公司开发和推出PVC加工用碳酸钙新产品Doverlube Tri,Cal,使PVC初期颜色更稳定和热稳定性时间更长,与标准碳酸钙比,可减少并用的有机热稳定剂用量。TriCal是一种高碱性硬脂酸盐,其中钙含量比一般碳酸钙高2倍。


Brabender公司研究表明,TriCal提高PVC长期稳定性21~36%,具体大小取决于有机锡热稳定剂用量。根据Dover公司的研究报告,TriCal加入有利于保持PVC初期色泽,并能减少有机锡热稳定剂用量25~50% ,现有TriCal 3O和TriCal 40两个系列产品。Dover公司市场经理Bill Hood认为,PVC加工厂采用TriCal后,可在相对更激烈条件下加工PVC配混料,但不会降低材料物性和影响色泽,并且适用于加工薄壁制品,提高产量,成型性能更优的异型材。

2.3 超细碳酸钙和细碳酸钙

英国Cornwall的Imerys公司新推出4个高性能碳酸钙Polcarb系列产品新牌号,Polcarb SV是表面涂碳酸盐的超细碳酸钙,用于要求极高光泽和优良机械性能的窗框生产;Polcarb 60 SV是表面涂碳酸盐的细碳酸钙,适用于要求良好光泽、机械性能和快速凝胶化的管材和型材;为了制备表面平滑、有光泽和平衡机械性能的挤出管材和电缆,Im—erys公司推出表面涂碳酸盐的超细碳酸钙Polcarb 50 SV;Polcarb 40 SV目标应用是管材和电缆,使制品具有良好的表面外观和电性能,并降低挤出成本。


Imerys公司认为,这些新牌号的推出增强了其作为欧洲塑料工业功能填料的领头供应商地位。

3 其它新产品

3.1 中空玻璃微球

日本旭硝子集团的东海工业公司推出了中空玻璃微球CEL—STARt ,主成分是硅酸玻璃(SiO2一Ca0一Na20一B2O),是在1400℃ 以上高温加热发泡制备的真球形微粒,壁厚均匀,突出的优点是低密度、高强度、耐候耐热性好,由于以SiO2,为主组分,理论上能耐700℃,实际上耐600℃(长期稳定),是质轻、耐热和隔热的无机材料。


CEL—STAR是一种完全中空的球体粒子,壁厚薄仅1~2 m,因而与其他填料比,可使材料轻量化10~20%,绝热效果也更佳。它作为塑料填料具有以下优点:(1)高充填性,与一般填料比,加入塑料和涂料时材料粘度上升小,因而可以提高填充量;(2)良好的分散性和流动性,由于CEL.STAR为微小球体,故分散性和流动性好,在塑料或涂料中分散均匀。


CEL—STAR是典型的硼硅酸玻璃,耐候性优良,碱溶出量小,加入塑料或涂料中长期保持稳定。东海工业公司计划进一步开发真密度更小的产品,提高中空玻璃微球的强度,因为在CEL—STAR填充加入塑料或涂料的填充和混合过程以及以后的加工成型过程中,中空微球会经常被破损,结果导致中空玻璃微球真密度(0.25 )变大,向玻璃微球外壳密度(2.5 )靠近,降低和削弱其使材料轻量化的效果。

3.2 片状玻纤粉

英国West Yorkshire的Glassflake公司ll0l是欧洲最大的片状玻纤粉(glass flake)生产厂家,片状玻纤粉的最大优点是高尺寸稳定性、各向异性。作为塑料填料,能改进材料的性能包括:降低模塑收缩率、提高物理机械性能和阻隔性。典型片状玻纤粉产品是高长径比、厚度1~7 m的坚实、均匀填料,能使塑料具有均一的阻隔性,在塑料中充填密实。片状玻纤粉原料是耐化学性良好的“C”型玻纤。


Glassflake公司最近新增片层厚度较大的产品,供不同工业客户选择。GF 750新系列产品使用方便,用户用它替代老牌号时不需调整配方和进一步做有关评估。该公司还提供高长径比、厚度仅为1 m的产品适用于要求片状玻纤粉加入量很小的应用。Glassflake公司还提供配套各种硅烷偶联剂,供加工厂选购,提高片状玻纤粉与塑料和片状玻纤粉彼此之间的粘接(连接)性。

3.3 微型复合材料

大型塑料生产厂Borealis(北欧化工)公司新推出的微型PP微型复合材料(microcomposite)牌号Boreom WG 140 AI, 加入10% 微尺寸填料,与传统PP配混料比,不仅降低重量8~24%和降低成本,而且节省运输、贮存和加工费用,应用目标为白色家电和汽车内饰件,替代20%一般无机填充PP,在刚性相同前提下,冲击强度提高30%,由于收缩率与替代材料相同,故直接适用于现有模具,加工厂不需增加新的投资。

4 结语

世界塑料用无机填料主要发展趋势是超细化,缩小粒子尺寸,进一步改进和提高塑料物理机械性、耐热性、阻隔性、刚性、阻燃性,使塑料高性能化。当然,极端的代表性产品就是纳米粒子填充的聚合物纳米复合材料。粒子微细化、超细化带来的问题是由于粒子表面积急剧增大,粒子易发生团聚,不利于在塑料中均匀分散,另一方面,会导致材料熔体粘度增大,加工性变差,因而增加加工成本,因此粒子的界面控制技术十分重要。


滑石、碳酸钙、玻纤等传统填料是以提高塑料性能和降低成本为开发目标,也包括通过改进加工性来降低总成本,粒子超细化降低塑料配混料密度和制品重量,提高最终制品市场竞争力。另外,无机超细填料在环境和可回收性方面的优点是显而易见的,由于人们环境意识的不断提高和有关法规的发布和实施,可回收性的重要性会进一步显现,会受到更多的工业部门关注和重视,是推动无机填料在塑料应用增长的新因素。滑石及新型滑石填充配混料在汽车工业中应用发展十分引人注目。


像碳酸钙这样的老产品也仍有新产品上市。中空玻璃微球、片状玻纤粉则是代表性的新产品。塑料是无机填料的重要消费市场,而且是一个消费增长相对快的应用领域,随着高性能新产品的不断开发和市场化,未来仍会保持良好的增长势头。我国是塑料生产和消费大国,无机填料资源丰富,需加快产品升级换代,提高档次,更有效地推动我国塑料工业进步。