会员单位名录

论石头造纸的利与弊
滑石粉仍将占据造纸填料主导地位
全球矿业面临的十大焦点问题

会员登录

专家论坛

国外无机填料新产品及其应用

分类:
专家论坛
发布时间:
2018/07/23 09:15
  唐伟家,蒋项军,吴汾
  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以及在改进材料性能、加工性和降低成本方面的应用。
  1 塑料用无机填料市场
  据美国著名的Principia  Partners商务咨询公司的专题研究报告,2002年北美无机填料产量已超过1360万吨,产值已达19亿美元,虽然纸张仍是最大的最终消费应用,但近十几年,塑料用无机填料市场已从小用户上升为第二大最终用户。
  英国从事市场分析的Roskill信息服务公司在专题报告中指出,尽管滑石主要应用领域是造纸和陶瓷工业,分别占市场的30%左右,但未来几年会由于塑料工业和涂料工业强劲增长需求而面临竞争,预计2006年前滑石在塑料中应用年均增长率在3%以上,由于滑石在聚丙烯(PP)中应用扩大特别是要求质轻和回收性为重要指标的汽车工业越来越多地采用滑石填充PP。滑石超细化,特别是亚微米级滑石提高塑料性能效果优于一般滑石,是滑石在塑料中消费量增长的推动因素。
  滑石无机填料消费集中在亚洲,因为亚洲本地有低成本原料,能与象高岭土(Kaolin)和碳酸钙等其他填料竞争,亚洲滑石消费占世界总消费的40%。世界80%以上滑石产量来自中国、美国、印度、芬兰、法国和巴西,中国占世界产量的40%左右,中国在加入世贸组织(WTO)前滑石出口受限制,但由于加入WTO,贸易壁垒已解除,中国出口量增加,也迫使世界总体价格下滑。
  日本云母年用量5万t,建筑用占50%,塑料填料30%,电器绝缘材料10%,其他涂料和化妆品10%。塑料填料(年用量1.5万t)中,通用塑料消费占工程塑料占70%,工程塑料占30%.中国云母质量不如日本,但价格比日本低.
  2 国外高性能滑石机器应用
  2.1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Jeffina,是长径比很大的超细粒子,推荐用于半结晶型塑料(如聚丙烯 、尼龙)和所有工程塑料。
  Jetfine粒子尺寸微小50%粒子小于1000nm,并饰除最大和最小尺寸粒子,最佳化粒于尺寸分布,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,限止或阻止其他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。
  2.2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。该公司管理经理Schoner在高效功能填料会议上指出,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(热塑性聚丙   ,TPO)的冲击强度,平均直径为0.5gm的滑石与平均直径1.5pm的滑石比,加入量为10%——15%时,室温冲击强度高50%左右,其他改进性能还包括: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内饰件和外饰件用塑料标准填料。
  3国外碳酸钙及其母料
  3.1碳酸钙母料
  美国密西西比州Pieayune的Peritage塑料公司开发的无机母料Minapol,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   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10%——20%,每磅原料成本降低1——3美分。
  Minapol HM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,dart落锤冲击强度提高一倍。而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。
  3.2碳酸钙提高PVC稳定性
  美国俄亥俄州Dover的Dover化工公司开发和推出PVC加工用碳酸钙新产品DoverlubeTriCal,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,可减少并用的有机锡热稳定剂用量。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TriCal30和TriCal40两个系列产品。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。
  3.3超细碳酸钙和细碳酸钙
  英国Cornwall的lmerys公司新推出4个高性能碳酸钙Polcard系列产品新牌,PolcardSV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,Polcarb60SV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,lmerys公司推出表面涂碳酸盐的超细碳酸钙Polcarb50SV。Polcarb40SV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。
  4其他新产品
  4.1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,主成分是硼硅酸玻璃,是在1400OC以上高温加热发泡制备的真球型微粒,壁厚均匀,突出的优点是低密度、高强度,耐侯耐热性好,由于以SiO2  为主要组分,理论上能耐700OC,实际上耐600OC(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——2μm,因而与其他填料比,可使材料轻量化10%—20% ,绝热效果也更佳.而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,同而可以提高填充量;(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是典型的棚硅酸玻璃,耐侯性优良,碱溶出量小,在加入塑料或涂料长期保持稳定.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变大,向玻璃微球外壳密度靠近,降低和削弱其使材料轻量化的效果。
  4.2片状玻纤粉
  英国West Yorkshire的Glassflake公司是欧洲最大的片壮玻纤粉生产厂家,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、阻隔性,典型片状玻纤粉是高长径比、厚度1-71μm的坚均匀填料,能使塑料具有均一的阻隔性,在塑料中充填密实。片壮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。GF750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利进一步做有关评估。该公司还提供高长径比、厚度仅为1μm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砖烷偶联剂,供加工厂选购,提高片状玻纤料与塑料和片状玻纤粉彼此之间的粘接性。
  4.3微型复合材料
  大型塑料生产厂Borealis公司新推出的微型PP微型复合材料牌号Bor-comWG140Al,加入10%微尺寸10%填料,与传统PP配混料比,不仅降低重量8%—24%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,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。
  5结语
  世界塑料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,使塑列高性能化。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,预计随着时间的推移,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。中空全玻璃微球、片壮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。
关键词:
1 2 3 4 5