【原创】产业链视角:改性塑料和无机填料应用浅析


来源:中国粉体网   昧光

[导读]  了解无机填料与改性塑料

中国粉体网讯 改性塑料是指在通用塑料和工程塑料的基础上,经过填充、共混、增强等方法加工改性,提高了阻燃性、强度、抗冲击性、韧性等方面的性能的塑料制品。其中,常见的粉体填料在塑料改性过程中一般会发挥增量作用、补强作用、功能作用。


 

改性塑料产业链

 

1改性塑料的分类及其作用机理

 

(1)增强塑料:增强塑料主要是用物理方法获得。通过向树脂中添加各种填充剂、增强剂,使其物理机械力学性能得到改善。目前使用的填充剂和增强剂的品种范围十分广泛,主要有碳酸钙、玻璃纤维、玻璃球、二氧化硅、石棉、滑石粉、蒙脱石、高岭土云母、金属粉末、三水合氧化铝、炭黑、碳纤维、硼纤维及各种合成增强纤维等。

 

(2)抗冲击改性塑料:对脆性塑料基本采用抗冲击改性,通常方法是加增塑剂或是共聚、接枝聚合,另外是将两种基本上互不相容且具有不同转变温度的聚合物进行共混。将不同性能且具有互补性质的高聚物材料共混复合在一起,优化配比和工艺,能得到兼顾各方面性能的新型塑料。

 

(3)阻燃塑料:塑料材料是含有碳和氢的有机化合物,有的也含有氧或氮,此类塑料具有一定程度的可燃性。随着塑料材料的应用日益广泛,越来越多的场合要求其具有阻燃的性能。人们通常的方法是向基体树脂中添加各种含卤化合物、含磷化合物及三氧化二锑等阻燃剂和促进剂的方法来达到目的。

 

(4)导电塑料:导电塑料目前分为两种,一种是结构型导电塑料,聚合物本身具有导电性的;另一种是复合型导电塑料。复合型导电塑料是通过向基体树脂中加入金属粉、金属丝、石墨等各种导电性填料,从而使复合体系具有一定的导电性。

 

(5)磁性塑料:磁性塑料属于高分子磁性材料,高分子磁性材料具有记录声、光、电等信息并能重新放出功能,是现代科学技术的重要基础材料之一。磁性塑料分为结构型和复合型两种,结构型磁性材料是指聚合物本身具有强磁性的材料,复合型磁性材料是指以塑料或橡胶为粘结剂与磁粉混合粘结加工制成的磁性体。

 

(6)可降解塑料:可降解塑料按机理分可分为生物降解塑料、光热降解塑料等。其中生物降解塑料是通过将玉米、马铃薯等农产品制作的淀粉经改性处理后加入基体树脂中,其中淀粉成为微生物的培样基,当产品完成使用任务后,通过微生物的侵蚀使大分子链发生断裂、减小,从而达到降解塑料的目的。光热降解塑料是在树脂中加入各种光、热降解引发剂、促进剂等,塑料材料在光、热的作用下,大分子链在引发剂的作用下在其活跃的基团处产生自由基,发生断裂反应,从而使得塑料大分子的分子量减小。

 

以生物可降解塑料为例,其改性方法包括物理共混改性和化学接枝改性等。在实际工业应用时,物理共混改性具有操作简单、可行性强的优点,应用前景广泛。其中,无机填料具有优异的耐候性、耐热性及可降解性等优点,与生物可降解塑料共混改性后,所得产品在作用效果、成本控制及市场推广等方面具有较大优势。目前,生物可降解塑料中常用的无机填料有碳酸钙、滑石粉、蒙脱土等。

 

2改性塑料加工技术

 

目前主要采用熔体加热分散法来制备无机粉体材料改性塑料,也是直接混入法,即先将无机粉体材料与塑料在高速混合机中进行充分混合预分散处理,然后在双螺杆挤出混炼机中通过加热融化,并在剪切应力作用下塑料与无机材料充分均匀地混合达到微纳米级复合改性的目的。该改性技术在工业上应用简单方便、有利于工业化大规模生产,材料具有高性能低成本优势。

 

此外,母料法也是十分成熟的塑料加工技术,按照规定配方,将粉体、加工助剂、载体共混搅拌均匀后,再送入母料造粒流水线,造出母料粒子,再将母料粒子按需要配比计量均匀混入塑料树脂后,送入塑料成型机械加工成产品。该法优点是使用方便,无环境污染之虑,缺点是成本一般高于直接混入法。

 

塑料中常用的填料

 

粉体填料在塑料中的改性效果

 

3改性塑料和未改性塑料的应用

 

改性塑料与未改性塑料的应用行业领域存在一定重合,客户根据不同产品或部件对材料的具体要求选择合适的材料。

 


在材料性能要求较为单一的情况下,客户通常采用未改性塑料;当未改性塑料因某方面性能不足,或客户寻求降低使用未改性的(特种)工程塑料制件成本的情况下,通常会使用改性塑料。虽然改性塑料与未改性塑料的下游应用行业不存在严格划分界限,但在不同领域中分别占据主导地位。

 

在生活用品、产品包装等行业领域中,目前主要使用未改性塑料作为原材料;而在电子电器、汽车、通讯等使用场景复杂、材料性能要求较高的领域,改性塑料得到广泛应用。

 

结语

 

虽然改性能提高塑料制品的某些性能,但也可能使塑料原有的一些性能下降,不能达到所期望的性能效果。例如,在无机填料改性过程中,填料的形状及粒径、填料的表面结构及特殊结构、填料的含量等因素就会显著影响改性效果,在生产活动中需要尤为注意。

 

参考来源:

刘路兴,等:塑料改性论述,山东省塑料研究开发中心

陈更新,等:粉体填料在塑料制品中的应用,上海塑料制品研究所

胡晨曦,等:无机填料在生物可降解塑料改性的应用进展,中石化(北京)化工研究院有限公司

中国粉体网、共研网、昆明学院、金发科技等

 

(中国粉体网编辑整理/昧光)

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作者:昧光

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