粉体材料在塑料中的应用现状与展望

粉体材料在塑料中的应用现状与展望

陈铖

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摘要：粉体材料在塑料中的重要作用是毋庸置疑的，科学、合理、适量地使用粉体材料，必将在塑料行业推进中开辟更加广阔的应用前景。本文将基于粉体材料在塑料中的应用现状，对其未来应用进行展望，以期更好地确保塑料制造行业得以实现可持续性发展。

关键词：粉体材料；塑料；应用现状；展望

1 引言

粉体材料在塑料中的应用，即利用粉体所具有的优异的理化性能，来实现塑料加工过程中的成型效果。从现阶段塑料制品行业的发展趋势上看，粉体材料有着不可替代的作用，其可广泛应用于各个领域。随着现代科技的发展以及人们生活水平的提高，人们对塑料产品提出了更高要求，需要更好地满足，相关专家学者也越来越重视对粉体材料在塑料制品中应用研究工作。

2 粉体材料在塑料中的应用现状

2.1 从不同角度看粉体材料在塑料中的应用

（1）用量。粉体材料用量随塑料品种、加工工艺和填充料配方不同而变化。

一般规律是：①填充料配方中，要增加粉体材料的用量，一般可从几十到几百phr；②添加量与塑料品种、加工工艺和配方有关，通常是由高至低变化；③不同的粉体材料，添加量也不一样。粉体材料在塑料中用量达700～1 000万t/a(添加量按平均10%～15%计算)。

（2）品种。常用的粉体材料有碳酸钙(重钙、轻钙、纳米钙)、滑石、高岭土、硅灰石、水镁石粉、云母粉等诸多品种。这些粉体材料按其自身的物理性能，以及加入量和品种不同，可分为三类：①以降低成本为目的应用于热塑性塑料。

②以改善塑料性能和加工工艺为目的，多用于聚丙烯、聚氯乙烯等；③以增加功能为主要目的，在高分子材料中应用较少。从市场需求看，随着石油价格的上涨和国内价格的稳定，以云母粉为主的粉体材料市场发展很快，但与高分子制品比价格还是较高。在塑料领域里主要是用于改性塑料、工程塑料等；在纤维领域中主要是用于生产加工短纤维等。粉体材料还用作涂料、油墨和粘合剂。

（3）添加比例。根据用途，主要有：①以增加填料为主，通常可达数十至数百phr（以100份基质树脂为基础，填料的质量份数）；②为了提高产品的性能，减少生产成本，通常可以生产几十个或几十个；③为了增强功能（如阻燃、磁性、耐热等），按照所需的量加入，并在维持合适的机械性能之前，加入量是必要的。

（4）从发展前景看，虽然价格会有轻微上涨，但在较长一段时间内，下游客户仍能接受。期望具有特殊用途的粉末物料投入市场，例如对胶片的透光率不会有任何影响的粉体材料。对于一些功能性质明确的粉末物料，例如硅灰石粉，则是研究其使用效果的关键。

2.2 对粉体材料性能的关注点及要求

（1）几何特征。通常粉体材料作为填料使用。因为填料是由不同粒径的粉末组成，这些粉粒对树脂有不同程度的亲合性，使塑料制品中填料的分散性变差。当颗粒为粉体时，为了获得均匀分散在基体中的粉体颗粒，需要对其进行活化处理以提高其表面自由能，并使之达到一定程度后进行改性，从而提高粉末对树脂的粘着性和分散性。

（2）粒径。填充改性技术是一种对填充体系进行改进的有效方法。其中，最常用且效果最好的方法是在树脂中加入粉体颗粒。粉体填料的粒度大小，对填充体系及其性能有直接的影响。它可以使填充物获得较高的填充系数和较低的密度，从而提高填充效率和制品质量。

（3）比表面积。比表面积大的填料，不仅可以增加其表面吸附的树脂分子量，而且还可以增加填料与树脂分子之间相互碰撞的几率，从而提高其与树脂分子的亲和力。当比表面积一定时，吸附于表面的树脂分子量越多，越不易形成氢键或离子键等。填料孔隙体积大，填充量少，填充后的塑料制品质量也随之变好。如果比表面积小甚至没有表面上吸附的树脂分子，这样的颗粒就不容易和树脂形成氢键或离子键等化学键键结结构而成为一种惰性填料，这类填料在聚合物中只能作为填料、填充剂或稳定剂使用。

（4）表面自由能。填料颗粒表面自由能大小关系到填充物与基体树脂之间形成化学键的难易程度。当填料颗粒表面自由能大时，由于颗粒间的碰撞几率增大，填料间形成化学键的难易程度增大，从而导致填充体系的粘附力降低、分散性变差。

（5）密度。填料的表观密度与填料颗粒堆砌状态有关。在填充改性领域，影响填充体系整体密度的因素很多，如填料颗粒堆砌状态、粒径、比表面积、表面自由能等。其中，影响填料整体密度的最主要因素是其与基体树脂间的相容性以及填料颗粒堆砌在塑料中所处的位置。

3 粉体材料在塑料中的应用展望

3.1 填充塑料材料的轻量化

非金属的真密度比合成树脂通常大2～3倍。填料的密度比塑料材料的真密度小1/3,因此通过添加填料，可以显著降低塑料材料的质量。例如，美国德克萨斯州一家公司开发了一种轻质碳酸钙（PC）和滑石粉改性丙烯酸树脂（PPO）填充体系，通过添加20%~40%的轻质石英粉后得到了最轻质量为1 kg塑料（聚苯乙烯）和1.5 kg的 PP复合材料。又如美国一家公司开发出了使用天然或人造材料制成复合填充体系，通过添加人造填料来提高树脂密度而降低塑料体积密度，从而提高轻质碳酸钙在塑料中的利用率。又如日本三菱公司开发出一种以天然橡胶和聚氨酯树脂为主体、掺入5%~10%的硅石和滑石粉作填料的复合材料。因为硅石和橡胶属于低密度材料，因此这种复合材料在制品中具有较高的力学性能和一定幅度的柔韧性。

3.2 光钙型环境友好型塑料

传统的聚氯乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯，由于其使用后会造成“白色污染”，危害人体健康，而环保节能型塑料由于其具有优良的物理性能（高强度、耐热性）和可回收性、易加工成型和可循环利用性等优点成为了当今世界塑料制品领域研究与开发的热点。如：利用改性光钙粉和聚苯硫醚（PPS）、聚砜（PSS）等有机高分子材料与碳酸钙共混制成的复合材料，其具有优良的综合性能，尤其是耐热性较普通的 PP更高。目前国内以光钙粉和 PPS混合而成的环境友好型塑料在世界上也是较少开发及应用。作为粉体材料及功能高分子材料生产过程中产生大量工业废弃物（“白色污染”），造成严重环境及资源问题。如光致发光效率高、寿命长，但在使用过程中，其在自然环境中的稳定性较差。

3.3 透明型填充母料

填充母料的一个重要功能是为制品提供良好透光性。随着塑料工业朝着高熔体质量和高透明度方向发展，对填充剂的要求也越来越高。但目前透明型填充母料市场上很少有产品，而国外对这方面的研究已相当深入。如美国和日本市场上都有这方面的产品生产出来并逐渐被消费者接受。不同填料对LDPE(20∶80)薄膜(厚0.05mm)透光性的影响，能够在保持塑料的透光性的前提下，其机械性能优良，可防止或减少设备磨损、腐蚀、产品表面产生灰尘等不良效应。

4 结束语

总而言之，粉体材料作为一种不可缺少的原材料，在提高塑料性能、扩大用途、节约能源、保护环境等方面发挥着日益突出的作用。高质量地利用粉体材料，不仅要提高成本效益，而且要提高到以科学发展观为指导，促进可持续发展，建立节约能源、保护环境的社会。在此期间，将要加大研发力度，加快科技进步，促进各产业的相互理解和协作，以期为促进粉体材料在塑料中的应用创造良好条件。

参考文献：

[1]余丽秀,孙亚光.阻燃、热稳定及耐热粉体材料的特性与应用[J].中国粉体技术,2015,21(02):72-75.

[2]刘英俊.开创粉体材料在塑料中应用的新局面[J].中国非金属矿工业导刊,2011,(02):1-3+10.