無機粉料是塑料、橡膠的增強劑、著色劑、增量劑和填充劑,其最終應用還包括從紙張到建筑工業涂料等廣泛應用領域,近年仍有一些無機粉料新產品相繼推出,其中最有代表性和引起各國科學界和工業界特別關注的是納米粒子,并已開發出多種綜合性能優良的聚合物納米復合材料,發展前景普遍看好。本文重點介紹國外除納米粒子以外傳統的無機填料及其母料新產品研發以及在改進材料性能、加工性和降低成本方面的應用。
1、高性能滑石
1.1 超細滑石
法國Luzenac公司是世界最大的滑石生產廠家,為適用汽車部件生產用塑料配混料要求,新推出超細滑石新系列產品Jefine ,是長徑比很大的超細粒子,推薦用于半結晶型塑料(如聚烯烴、尼龍)和所有的工程塑料。Jetfine粒子尺寸微小,50%粒子小于1000 nm,飾除了最大和最小尺寸粒子,以最佳化粒子尺寸分布,滿足汽車外飾件用塑料配混料要求,加入塑料后,配混料流動性好,抗沖擊性高。
由于在配混料注塑成型時滑石呈薄片狀取向,因而制品剛性高。對于汽車外飾件,滑石在部件中起類似阻隔層作用,限止或阻止其它助劑遷移到制品表面,防止部件褪色或“噴霜”。滑石與碳黑組合能大幅降低材料導電性,克服電子腐蝕帶來的問題。
1.2 亞微米級滑石
意大利米蘭的HiTalc集團的IMI Fabi子公司于2000年工業化亞微米(sub—micron)級滑石,應用領域是汽車工業,特別是用于保險杠配混料,已為一些日本汽車生產廠提供原料,制備汽車保險杠和儀表板。
該公司指出,汽車用PP配混料發展的明顯趨勢是采用亞微米級滑石,提高滑石細度,使用結果表明能顯著提高反應法制備的PP和乙丙橡膠共混物(熱塑性聚烯烴,TPO)的沖擊強度,平均直徑為0.5μm的滑石與平均直徑1.5μm的滑石相比,加入量為10%-15%時,室溫沖擊強度高50%左右,其它改進性能還包括:剛性高、收縮率小、熱膨脹系數小。Schonor認為亞微米級滑石會成為汽車塑料內飾件和外飾件用的標準填料。
2、碳酸鈣及其母料
2.1 碳酸鈣母料
美國密西西比州Pieayune的Heritage塑料公司開發的無機母料Minapol L ,一般內含75~80%的碳酸鈣或滑石,分散在約15%的基礎樹脂中,適用于許多聚烯烴及其加工過程,提高PE生產能力和物性,由于Minapol提高材料的導電性和冷卻速率,因而提高生產能力15~30% ,另外由于提高材料物性,則能使制品減薄,節省原料10~20% ,每磅原料成本降低1-3美分。
Minapol HM10系列是用于薄膜的老產品,現還用于板材擠出。PolyCal新系列產品能提高擠出成型線速度10~15% ,提高制品拉伸模量,落鏢沖擊強度提高一倍。PolyMax母料新系列產品應用目標是HDPE共聚物吹塑(中空成型),生產家用和工業用瓶、工業部件(如電動工具外殼),提高材料耐環境應力開裂(ESCR)50%。Hi—Cal系列母料新品用于PP共聚物注塑成型,大幅降低材料熱膨脹系數和模塑收縮率。
2.2 碳酸鈣提高PVC穩定性
美國俄亥俄州Dover的Dove化工公司開發和推出PVC加工用碳酸鈣新產品Doverlube Tri,Cal,使PVC初期顏色更穩定和熱穩定性時間更長,與標準碳酸鈣比,可減少并用的有機錫熱穩定劑用量。TriCal是一種高堿性硬脂酸鹽,其中鈣含量比一般碳酸鈣高2倍。
Brabender公司研究表明,TriCal提高PVC長期穩定性21~36%,具體大小取決于有機錫熱穩定劑用量。根據Dover公司的研究報告,TriCal加入有利于保持PVC初期色澤,并能減少有機錫熱穩定劑用量25~50% ,現有TriCal 3O和TriCal40兩個系列產品。Dover公司市場經理Bill Hood認為,PVC加工廠采用TriCal后,可在相對更激烈條件下加工PVC配混料,但不會降低材料物性和影響色澤,并且適用于加工薄壁制品,提高產量,成型性能更優的異型材。
2.3 超細碳酸鈣和細碳酸鈣
英國Cornwall的Imerys公司新推出4個高性能碳酸鈣Polcarb系列產品新牌號,Polcarb SV是表面涂碳酸鹽的超細碳酸鈣,用于要求極高光澤和優良機械性能的窗框生產;Polcarb 60 SV是表面涂碳酸鹽的細碳酸鈣,適用于要求良好光澤、機械性能和快速凝膠化的管材和型材;為了制備表面平滑、有光澤和平衡機械性能的擠出管材和電纜,Im—erys公司推出表面涂碳酸鹽的超細碳酸鈣Polcarb 50 SV;Polcarb 40 SV目標應用是管材和電纜,使制品具有良好的表面外觀和電性能,并降低擠出成本。
Imerys公司認為,這些新牌號的推出增強了其作為歐洲塑料工業功能填料的領頭供應商地位。
3、其它新產品
3.1 中空玻璃微球
日本旭硝子集團的東海工業公司推出了中空玻璃微球CEL—STARt ,主成分是硼硅酸玻璃(SiO2一CaO一Na2O一B2O),是在1400℃ 以上高溫加熱發泡制備的真球形微粒,壁厚均勻,突出的優點是低密度、高強度、耐候耐熱性好,由于以SiO2,為主組分,理論上能耐700℃,實際上耐600℃(長期穩定),是質輕、耐熱和隔熱的無機材料。
CEL—STAR是一種完全中空的球體粒子,壁厚薄僅1~2 m,因而與其他填料比,可使材料輕量化10~20%,絕熱效果也更佳。它作為塑料填料具有以下優點:(1)高充填性,與一般填料比,加入塑料和涂料時材料粘度上升小,因而可以提高填充量;(2)良好的分散性和流動性,由于CEL.STAR為微小球體,故分散性和流動性好,在塑料或涂料中分散均勻。
CEL—STAR是典型的硼硅酸玻璃,耐候性優良,堿溶出量小,加入塑料或涂料中長期保持穩定。東海工業公司計劃進一步開發真密度更小的產品,提高中空玻璃微球的強度,因為在CEL—STAR填充加入塑料或涂料的填充和混合過程以及以后的加工成型過程中,中空微球會經常被破損,結果導致中空玻璃微球真密度(0.25 )變大,向玻璃微球外殼密度(2.5 )靠近,降低和削弱其使材料輕量化的效果。
3.2 片狀玻纖粉
英國West Yorkshire的Glassflake公司是歐洲最大的片狀玻纖粉(glass flake)生產廠家,片狀玻纖粉的最大優點是高尺寸穩定性、各向異性。作為塑料填料,能改進材料的性能包括:降低模塑收縮率、提高物理機械性能和阻隔性。典型片狀玻纖粉產品是高長徑比、厚度1~7 m的堅實、均勻填料,能使塑料具有均一的阻隔性,在塑料中充填密實。片狀玻纖粉原料是耐化學性良好的“C”型玻纖。
Glassflake公司最近新增片層厚度較大的產品,供不同工業客戶選擇。GF 750新系列產品使用方便,用戶用它替代老牌號時不需調整配方和進一步做有關評估。該公司還提供高長徑比、厚度僅為1 m的產品適用于要求片狀玻纖粉加入量很小的應用。Glassflake公司還提供配套各種硅烷偶聯劑,供加工廠選購,提高片狀玻纖粉與塑料和片狀玻纖粉彼此之間的粘接(連接)性。
3.3 微型復合材料
塑料生產廠Borealis(北歐化工)公司新推出的微型PP微型復合材料(microcomposite)牌號Boreom WG 140 AI, 加入10% 微尺寸填料,與傳統PP配混料比,不僅降低重量8~24%和降低成本,而且節省運輸、貯存和加工費用,應用目標為白色家電和汽車內飾件,替代20%一般無機填充PP,在剛性相同前提下,沖擊強度提高30%,由于收縮率與替代材料相同,故直接適用于現有模具,加工廠不需增加新的投資。
4、結語
世界塑料用無機填料主要發展趨勢是超細化,縮小粒子尺寸,進一步改進和提高塑料物理機械性、耐熱性、阻隔性、剛性、阻燃性,使塑料高性能化。當然,極端的代表性產品就是納米粒子填充的聚合物納米復合材料。粒子微細化、超細化帶來的問題是由于粒子表面積急劇增大,粒子易發生團聚,不利于在塑料中均勻分散,另一方面,會導致材料熔體粘度增大,加工性變差,因而增加加工成本,因此粒子的界面控制技術十分重要。
滑石、碳酸鈣、玻纖等傳統填料是以提高塑料性能和降低成本為開發目標,也包括通過改進加工性來降低總成本,粒子超細化降低塑料配混料密度和制品重量,提高最終制品市場競爭力。另外,無機超細填料在環境和可回收性方面的優點是顯而易見的,由于人們環境意識的不斷提高和有關法規的發布和實施,可回收性的重要性會進一步顯現,會受到更多的工業部門關注和重視,是推動無機填料在塑料應用增長的新因素。滑石及新型滑石填充配混料在汽車工業中應用發展十分引人注目。
像碳酸鈣這樣的老產品也仍有新產品上市。中空玻璃微球、片狀玻纖粉則是代表性的新產品。塑料是無機填料的重要消費市場,而且是一個消費增長相對快的應用領域,隨著高性能新產品的不斷開發和市場化,未來仍會保持良好的增長勢頭。我國是塑料生產和消費大國,無機填料資源豐富,需加快產品升級換代,提高檔次,更有效地推動我國塑料工業進步。
更多精彩!歡迎掃描下方二維碼關注中國粉體技術網官方微信(bjyyxtech)
|