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滑石粉的知識
2012-2-9 來源： 作者：
滑石粉概述
滑石粉實際上是一種帶負電荷的微細粒子，特別是被水較好濕潤的滑石粉表現(xiàn)出較高的雙層電位，其負電荷量與瓷土相當。另一方面，由于滑石粉的表面性能較低，其表面親空氣而憎水，氣固兩相接能界面張力小于液固兩相界面張力。所以，滑石粉不易脫出空氣而被水濕潤，因而影響它的分散性，從而制約了它在纖維上的留著。據(jù)有關(guān)研究資料表明，填料的留著與纖維一樣，同樣與過濾、絮聚和吸附作用有關(guān)，但最顯著的是絮聚作用的效應(yīng)，其次是過濾作用。由此可知，要提高滑石粉的留著率，必須首先讓滑石粉的表面獲得良好而充分的滑潤。
滑石粉的主要成分是滑石�；癁槠瑺顚娱g結(jié)構(gòu)，純品為白色至淺紅或淺灰色的細膩粉末，相對密度為2.7～2.85，折射率為1.57～1.59，滑石粉的片狀層間結(jié)構(gòu)使其具有許多重要性質(zhì)，如高電阻率和低透氣率，潤滑性和低磨損性，很好的疏水性。用作橡塑料填充劑﹑增容劑﹑隔離劑及表面處理劑，對物性有補強作用,尤其是壓縮歪及觸感,使用在EVA橡膠發(fā)泡制品中,EPDM﹑PVC電線電纜料效果特別明顯�；饕煞质腔奈徭V，分子式為Mg3［Si4O10］( OH)2。滑石屬單斜晶系。晶體呈假六方或菱形的片狀，偶見。通常成致密的塊狀、葉片狀 、放射狀、纖維狀集合體。無色透明或白色，但因含少量的雜質(zhì)而呈現(xiàn)淺綠、淺黃、淺棕甚至淺紅色；解理面上呈珍珠光澤。硬度1，比重2.7～2.8�；哂袧櫥�、耐火性、抗酸性、絕緣性、熔點高、化學性不活潑、遮蓋力良好、柔軟、光澤好、吸附力強等優(yōu)良的物理、化學特性，由于滑石的結(jié)晶構(gòu)造是呈層狀的，所以具有易分裂成鱗片的趨向和特殊的滑潤性，如果Fe2O3的含量很高則會減低它的絕緣性。
2.用途：(1)化妝品級(HZ)：用于各種潤膚粉、美容粉、爽身粉等。(2)醫(yī)藥—食品級(YS)：醫(yī)藥片劑、糖衣、痱子粉和中藥方劑、食品添加劑、隔離劑等。(3)涂料級(TL)：用于白色體質(zhì)顏料和各類水基、油基、樹脂工業(yè)涂料、底漆、保護漆等。(4)造紙級(ZZ)：用于各類紙張和紙板的填料，木瀝青控制劑。(5)塑料級(SL)：用于聚丙烯、尼龍、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚脂類等塑料的填料。(6)橡膠級(AJ)：用于橡膠填料和橡膠制品防粘劑。(7)電纜級(DL)：用于電纜橡膠增劑、電纜隔離劑。(8)陶瓷級(TC)：用于制造電瓷、無線電瓷、各種工業(yè)陶瓷、建筑陶瓷、日用陶瓷和瓷釉等。(9)防水材料級(FS)：用于防水卷材、防水涂料、防水油膏等。(10)微細滑石粉：用于高級油漆涂料、塑料、電纜橡膠、化妝品、銅板紙涂料、紡織潤滑劑等。
滑石的作用與化學成份
滑石是一種具層狀構(gòu)造的含水的鎂質(zhì)硅酸鹽礦物，化學式為Mg3［Si4O10］(OH)2，以氧化物表示為3MgO·4SiO2·H2O。由于其質(zhì)軟，有很強的滑膩感而得名�；哂休^高的電絕緣性、絕熱性、高熔點和對油類有強烈的吸附性能,因此在工業(yè)上有廣泛的用途。而且隨著工業(yè)的發(fā)展,用量不斷增加，應(yīng)用范圍日益擴大。中國年產(chǎn)量近100萬t，用于造紙工業(yè)約占總產(chǎn)量的60%，油氈工業(yè)約占15%。此外廣泛用于醫(yī)藥、化工、紡織、陶瓷、雕塑等許多領(lǐng)域。因此，滑石礦在國民經(jīng)濟中是占有重要地位的礦種之一。
礦石礦物原料特點
滑石礦物的理論成分為MgO=31.72%，SiO2=63.12%，H2O=4.76%。所含的硅有時被鋁或鈦替代（鋁可達2%，鈦可達0.1%），鎂則經(jīng)常被鐵、錳、鎳及鋁替代。含F(xiàn)eO可達5%，含F(xiàn)e2O3達4.2%，NiO達1%。有的含有少量鉀、鈉、鈣。經(jīng)類質(zhì)同象替代可形成不同成分的滑石變種，如鐵滑石Fe3［Si4O10］(OH)2、鈣滑石Ca3［Si4O10］(OH)2、鎳滑石Ni3［Si4O10］(OH)2等。 滑石屬于斜方柱晶類。微細晶體呈六方或菱形板狀，但很少見。通常呈致密塊狀、葉片或鱗片狀集合體。 純凈的滑石呈白色或微帶淡黃、粉紅、淡綠、淡褐色調(diào)。帶較深顏色的滑石乃是含有雜質(zhì)元素所致。玻璃光澤。致密塊狀滑石呈貝殼狀斷口。硬度為1，密度2.58～2.83g/cm3�；挥谢伕�，有較高的電絕緣性。 根據(jù)用途將滑石礦物原料分為兩類，即塊狀滑石和滑石粉。雕刻工藝品用的塊狀滑石的顏色可起到美化作用，因此雜質(zhì)致色元素在此則是有益組分。造紙及化工用的滑石粉則要求潔白。因此，所含有的鐵、錳、鎳及鈦等致色元素雜質(zhì)則是有害的組分。純凈的滑石礦石很少，通常有其他礦物伴生，例如綠泥石、菱鎂礦、透閃石、白云石、菱鐵礦、石英、黃鐵礦等。這些礦物改變了礦石的化學組成，使礦石帶色，并明顯地影響礦石的物理性質(zhì)，使之相應(yīng)的降低其工業(yè)品級。
滑石的礦石類型在國外一般分為四類:
(1) 塊滑石 致密塊狀，可以加工成一定大小的不同形狀塊體。雜質(zhì)少，滑石含量在70%以上。
(2) 片狀軟滑石 為碳酸鎂質(zhì)巖石的一種蝕變產(chǎn)物，常見的伴生礦物是綠泥石。這是一種用途最廣泛的礦石。
(3) 透閃石滑石 有時稱為硬滑石，乃是塊狀或?qū)訝畹囊环N巖石。含有不同量的透閃石、直閃石、方解石、白云石、蛇紋石等伴生礦物。這種礦石的特點是氧化鈣含量較高，達6%～10%。
(4) 混合滑石 是一種含有滑石、白云石、方解石、蛇紋石、綠泥石等的片狀巖石,色白，易碎。 在國內(nèi)按滑石含量不同分為塊滑石和滑石巖，后者滑石含量低于70%，需經(jīng)選礦才能利用�；瘞r主要有滑石綠泥石巖和滑石碳酸鹽巖�；G泥石巖除含有綠泥石和滑石外，還常伴有蛇紋石、輝石等，顏色大多數(shù)為綠色�；妓猁}巖中與滑石伴生的為菱鎂礦或白云石，顏色多為淡灰色。
二、 用途與技術(shù)經(jīng)濟指標 滑石用途很廣泛，除作為輕工業(yè)產(chǎn)品的原料外，還用于農(nóng)業(yè)、化妝品以及醫(yī)藥。其主要用途及其質(zhì)量要求簡述于下。
(一) 塊滑石的用途及質(zhì)量要求 塊滑石根據(jù)用途分為兩類，即工業(yè)滑石及化妝品滑石，各有相應(yīng)的質(zhì)量要求。
1.工業(yè)滑石據(jù)國家標準BG1534-94，工業(yè)滑石按塊度長、寬、厚的任何一個最大尺寸，劃分為三種規(guī)格: 大塊滑石:最大邊的尺寸應(yīng)大于200mm; 中塊滑石:最大邊的尺寸為20～200mm; 小粒滑石:最大粒徑小于20mm。 其中小�；賱澐譃�1號、2號及3號三個質(zhì)量等級。工業(yè)滑石的物理化學性能應(yīng)符合表4.15.1規(guī)定。塊滑石用來制造滑石瓷、制耐火磚和電盤、雕刻工藝美術(shù)品以及填加于化妝品、食品中。
2.化妝品滑石 化妝品級塊滑石對質(zhì)量要求很高，對物理化學性能有嚴格要求。例如礦石中無砂性顆粒,且有潤滑感。細菌總數(shù)小于或等于500個/g，霉菌小于或等于100個/g，不得檢出如大腸桿菌、葡萄球菌、綠膿桿菌等致病菌。當磨成滑石粉時細度大于或等于75μm，通過率98.0%。重金屬含量小于或等于40×10-4。 (二) 滑石粉的用途及技術(shù)經(jīng)濟指標
滑石粉用途十分廣泛，用量最大的為造紙工業(yè)，其次是防水材料工業(yè)。
1.造紙工業(yè) 滑石粉在造紙工業(yè)中主要有三種用途，即用作填料、涂料和紙漿的樹脂控制劑�；墒辜垙垐怨虧嵃祝黾硬煌该鞫群土炼�，增強對油墨的吸附能力。滑石對顏料有較強的固著力，使彩色印刷品獲得良好的色彩效果。 滑石的凹面磨耗值很低，因而對造紙設(shè)備和印刷設(shè)備磨損甚小。再者滑石密度小于二氧化鈦(TiO2)，因此作為填料比二氧化鈦優(yōu)越。而滑石粉的價格遠低于二氧化鈦，使之更具有競爭性。 滑石粉已成功地用于廢紙脫墨工藝中，可有效地使廢紙在浮選和洗滌中脫墨。
2.防水材料 滑石既可以用作屋面制品——油氈、屋面紙、瀝青瓦、屋面板等的填充料，又可以用作屋面材料的防粘粉劑。當用作填充料時，滑石在熔融的瀝青組分中起穩(wěn)定劑作用，增加屋面材料的穩(wěn)定性和抗風化能力。當滑石粉噴灑在瀝青瓦或成卷的屋面材料表面時,可以防止其在制作和存放期間發(fā)生粘連。 防水材料工業(yè)可使用低等級的帶色和不純的粗磨滑石粉，
3.其他工業(yè) 滑石在塑料工業(yè)、橡膠工業(yè)、電纜工業(yè)、陶瓷工業(yè)、涂料工業(yè)及紡織工業(yè)皆有重要用途。
滑石粉的作用
滑石粉是一種重要的含水的鎂硅酸鹽礦物，分子式： 3MgO.4SiO2.H2O. 理論組成為 SiO263.36%,MgO31.89%.4SiO2.H2O4.75%. 滑石屬單斜晶系晶體，呈鱗片狀，葉片狀，纖維狀。是自然界中硬度最小的礦物之一。本公司的 超細滑石粉是選用優(yōu)質(zhì)滑石礦為原料，經(jīng)過采選、水洗、風干、破碎、研磨等工序加工而成。每道工序都按照嚴格的操作規(guī)格和檢測標準進行生產(chǎn)，最終產(chǎn)品經(jīng)檢測合格后，才準予包裝出廠。產(chǎn)品具有白度高、顆料分布均勻，粒徑分布窄及比表面積大等特點。 四、產(chǎn)品功能： 滑石通常用作填料，廣泛應(yīng)用于造紙、涂料、油墨、電纜、陶瓷、橡膠、醫(yī)藥、紡織、飼料等行業(yè)，作填充劑起到增加產(chǎn)品的體積，降低生產(chǎn)成本。 1、在涂料中，滑石粉作為填料，可起到骨架作用，降低制造成本同時提高涂料的漆膜硬度。分為透明型及遮蓋型超細滑石粉。透明型超細滑石粉主要用于油性涂料。遮蓋型滑石粉主要用于水性涂料。 2、滑石在造紙工業(yè)主要用于造紙?zhí)盍�、涂料和樹脂控制及脫墨劑�；米髟旒埖奶盍现饕糜谛侣劶垺€~紙版、膠印紙、書寫紙等，滑石可使紙張堅固潔白，增加不透明度和亮度，增強對油墨的吸附能力�；瘜︻伭嫌休^強的固著力，使彩色印刷品獲得良好的色彩效果。 3、用于橡膠中，可增加橡膠的體積，改善橡膠的加工性，起半補強或補強作用，并可調(diào)節(jié)橡膠的硬度。 4、在塑料中，可增加塑料的體積，降低產(chǎn)品成本，提高塑料的尺寸穩(wěn)定性及塑料的硬度和剛性，改善塑料的耐熱性，改進塑料的散光性。
滑石粉的改性及應(yīng)用
1.1 滑石粉的性質(zhì) 滑石粉是一種水合硅酸鹽,其化學式是3MgO· 4SiO·H20,其結(jié)晶形狀可為片狀,(層狀),葉狀,針狀或塊狀.純滑石的結(jié)構(gòu)由一層水鎂石(氫氧化鎂.MgO·H2O)夾于兩層二氧化硅之間構(gòu)成,層間彼此疊加,相鄰的滑石層依靠弱的范德華力結(jié)合.當對其施加剪切作用時,很容易發(fā)生層間的相互滑動.滑石粉對大多數(shù)化學試劑顯現(xiàn)惰性,與酸接觸不分解,是電的不良導體,導熱性低且耐熱沖擊性高,加熱到 9000C的高溫仍不分解.滑石的這些優(yōu)良性質(zhì)使得其成為一種很好的填充劑,可用于填充塑料或用于涂料的填加劑. 1.2 改性的必要性 1)滑石粉填充塑料,可改善制品的剛性,尺寸穩(wěn)定性,潤滑性,可防止高溫蠕變,減少對成型機械的磨損,可使聚合物在通過填充提高硬度與抗蠕變性的同時抗沖擊強度基本不變.如果處理得當,其可使聚合物的耐熱沖擊強度提高,可改善塑料的成型收縮率,制品的彎曲彈性模量及拉伸屈服強度.滑石粉的價格低廉,使之適用于作為增量劑(復合物價格較低而樹脂的物理性能下降極小),同時,滑石粉的片狀結(jié)構(gòu)或縱橫比高又使之適用于作為增強劑(提高復合物的機械性能). 2)因為滑石粉具有良好的懸浮性和易分散性且磨蝕性低,滑石粉可作為涂料的填充劑, 片狀粒子結(jié)構(gòu)的滑石粉可使涂膜具有很高的耐水性和瓷漆不滲性,主要應(yīng)用于底漆和中間涂料;纖維狀粒子結(jié)構(gòu)的滑石粉因吸油量高且具有良好的流變性,使得涂料的儲存穩(wěn)定性得到改進.并可使涂料的流變性及流平性得到很好的改善,同時可提高涂料的耐候性. 3)改性填充的原理:填充改性是基于聚合物與填料復合物兩相體系界面之間通過不同的化學鍵 (包括氫鍵,極性鏈)形成表面碇系效應(yīng),體系中的填料粒子界面張力在復合物界面上形成空洞,縫隙之間進行填充,在其與填料進行摻混過程之中易于進行力和能量傳遞而形成良好的分散,從而達到提高制品的機械化學性能的目的. 1.3 改性用改性劑 改性的機理是利用某些帶有兩性基團(親油及親水基團)的小分子或高分子化合物對進行復合的兩種物質(zhì)中的一種或兩種進行表面改性,使其表面性質(zhì)由憎水變?yōu)橛H水或由親水變?yōu)槭杷?目的是使兩種物質(zhì)更好的結(jié)合.對滑石粉而言,為了讓滑石粉更好地與聚合物結(jié)合, 目前改性用的改性劑主要有兩大類: a)偶聯(lián)劑類:主要為鈦酸脂類,鋁酸脂類,硅烷類及硬脂酸類,應(yīng)用較多的是鈦酸脂類, 其分子結(jié)構(gòu)為 R'一O一Ti一(O一X—R—Y)n,其中R'O-能與填料表面化學結(jié)構(gòu)起作用,R為具有脂肪或芳香結(jié)構(gòu)的長鏈纏結(jié)基因,可改善聚合物與填料間的相容性,Y為活性反應(yīng)基因,能在聚合物填充體系中起交聯(lián)或健合作用.簡言之,偶聯(lián)劑的一個基因與滑石粉表面反應(yīng)以鍵合力結(jié)合,另一個基團參與高聚物的聚合反應(yīng)以鍵合力與聚合物結(jié)合,這樣, 偶聯(lián)劑就像橋一樣使兩者結(jié)合起來. b)表面活性劑類:主要是十二烷基苯磺酸鈉,十二烷基磺酸鈉,十二烷基三甲基溴化銨, 十二烷基三甲基氯化銨,烯基磺酸鈉等,其在聚合物與填料之間相容性改善的作用與偶聯(lián)劑相同,但其與填料表面結(jié)合的機理與偶聯(lián)劑不同.眾所周知,無機粒子的表面都帶有電荷, 且根據(jù)粒子的帶電性質(zhì)可知,隨溶液的PH值不同,無機粒子的表面帶電性質(zhì)亦不同,當溶液的PH值大于無機粒子的ZETA等電點時,粒子表面帶負電荷,粒子可吸附陽離子表面活性劑,同樣,當PH值小于ZETA等電點時,可吸附陰離子表面活性劑.表面活性劑在離子的表面的作用是通過離子交換,離子對的形成,"憎水鍵"的形成而完 成的.但是,表面活性劑對聚合物的吸附不是很好,一般采取吸附單體而后再聚合形成微膠囊包覆. 1.4 國內(nèi)外的先進的改性方法 國內(nèi)外的改性方法大致可分為6種: a)表面覆蓋改性:將表面活性劑覆蓋于粒子表面,賦予粒子表面新的性質(zhì). b)機械化學方法:運用粉碎,摩擦等方法增強粒表面活性的改性方法. c)外膜層改性:在粒子表面均勻地包覆一層聚合物,從而使粒子表面性質(zhì)發(fā)生變化的方法. d)局部活性改性:利用化學反應(yīng)在粒子表面接枝上帶不同的官能團,達到表面改性的目的. e)高能量表面改性:利用高能放電,紫外線,等離子射線等對粒子表面改性. f)沉淀反應(yīng)改性:利用沉淀反應(yīng)進行改性. 2 改性方法 主要的改性方法及改性手段 1)表面覆蓋改性:將表面活性劑覆蓋于粒子表面,賦予粒子表面新的性質(zhì). 這種方法就是將表面活性劑或偶聯(lián)劑以吸附或化學鍵的方式與粒子表面結(jié)合,使粒子表面由親水變?yōu)槭杷?使粒子與聚合物的相容性得以改善.其原理大致可理解為表面活性劑或偶聯(lián)劑在粒子表面形成一層單分子膜,因其帶有兩性基團,所以它的親水基團必定朝向粒子表面,那么它的另一基因(也就是親油基因)必定朝向外,因此,當粒子與聚合物結(jié)合時兩者有很好的相容性,從而達到對粒子表面改性的目的.這種方法是現(xiàn)今比較普遍的方法. 2)機械化學方法:運用粉碎,摩擦等方法增強粒子表面活性的改性方法. 這種方法是將比較大的粒子通過粉碎,摩擦等方法使其變得較小,在這個過程中粒子的表面活性變大,亦即表面吸附能力增強,易于吸附其他的物質(zhì),使工藝簡化,成本降低,同時可使產(chǎn)品的質(zhì)量易于控制.例如,日本對部分滑石粉就采取由大粒子變小的方法增強其表面活性,而后與經(jīng)丙烯酸改性的 PP料或PP與PE的共混料混合,所的增強材料一般用于汽車的保險杠,發(fā)動機周圍零部件,空調(diào)零件,儀表盤等工業(yè)配件,其中滑石粉一般不經(jīng)表面處理.國內(nèi)有的將16.5μm粒徑的滑石粉在攪拌磨中粉碎后包覆硅烷偶聯(lián)劑從而達到對其改性的目的. 3)外膜層改性:在粒子表面均勻地包覆一層聚合物,從而使粒子表面性質(zhì)發(fā)生變化的方法. 這種方法是將粒子表面先進行活化處理,使其表面活性增強,吸附能力增強,可吸附單體及引發(fā)劑使單體在粒子表面發(fā)生聚合反應(yīng),最終在粒子表面形成一層聚合物膜.通過這種方法可使無機粉體達到表面改性的目的,改善其在有機物中的分散穩(wěn)定性.聚合反應(yīng)一般為原位聚合和乳液種子聚合.例如,談定生等人對TiO2的表面包覆就是采取的原位聚合法, 是PMMA包覆在TiO2表面的,國內(nèi)也有采取乳液聚合的方法對無機粒子進行包覆的.對滑石粉而言,可采用先粉碎活化,再在一定條件下吸附表面活性劑,然后通過表面活性劑吸附單體,最后使單體發(fā)生聚合反應(yīng)達到表面包覆的效果.對于為何對滑石粉采用先用表面活性劑處理,原因是滑石粉的表面不如Ti02活性大,不能很好地完全吸附單體,可能導致不能完全包覆影響改性效果.另外,滑石粉為片狀結(jié)構(gòu),原位聚合放出的大量的熱可使部分滑石粉層間的范德華鍵被破壞,發(fā)生層間剝離,有利于形成部分納米結(jié)構(gòu)的復合材料. 4)局部活性改性:利用化學反應(yīng)在粒子表面接枝上不同的官能團,達到表面改性的目的. 眾所周知,無機粒子表面有一些基團具有活性可與其他的基因反應(yīng).所以,可利用化學反應(yīng)在粒子表面接枝一些可與聚合物相容的基因或官能團,使無機粒子與聚合物有更好的相容性,或使無機粒子一官能團參加聚合物的聚合反應(yīng),從而達到無機粒子與聚合物復合的目的.例如,日本三共精粉的 ACP活性碳酸鈣就是在力化學作用下使吸附有丙烯酸類單體的碳酸鈣進行表面接枝反應(yīng)而得到的. 5)高能量表面改性:利用高能放電,紫外線,等離子射線等對粒子表面改性. 這種方法就是利用高能放電,紫外線,等離子射線等所產(chǎn)生的巨大能量對粒子表面進行改性,使其表面具有活性.提高粒子與聚合物的相容性. 6)沉淀反應(yīng)改性:利用沉淀反應(yīng)進行改性. 這種方法就是利用沉淀效應(yīng)對粒子表面進行包覆,從而達到改性的效果. 3 應(yīng)用 3.1 應(yīng)用于塑料方面 1)應(yīng)用于PP料方面:這方面的應(yīng)用是現(xiàn)在研究的最廣的,也是應(yīng)用的最多的.現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于汽車的零部件上,例如汽車的保險杠,發(fā)動機周圍零部件,空調(diào)零件,儀表盤,車燈,底盤,踏板等零部件.另外,還應(yīng)用于改善PP料的各項力學性能,賦予材料新的性質(zhì), 例如用32%的滑石粉填充PP料,可提高 PP料的機械強度,用于生產(chǎn)洗衣機的配件,生產(chǎn)的建筑排水管件,具有表面光潔度高,韌性好,熱變形溫度高,尺寸穩(wěn)定性好等的特點,得到了廣泛的應(yīng)用.以下分別進行論述: a)在汽車方面的應(yīng)用:無論哪個國家,PP料占汽車中所用塑料總量中的最大比例,例如歐洲是 28.1%,日本是28.8%,其原因是PP料來源廣泛,密度小,并可通過改性提高其的物理化學性質(zhì),可以在不降低機械性能的前提下降低成本,減輕重量,降低油耗.例如用滑石粉填充的PP料注射成型的汽車用冷卻風扇,不但重量輕,噪音降低,而且提高了冷卻效率.在填充料方面,滑石粉是最好的選擇,原因是滑石粉的微觀結(jié)構(gòu)是片狀的,由于它的這種特殊結(jié)構(gòu),與顆粒狀填料相比,具有明顯的增強作用,尤其是在PP料中加入時其的成核作用使拉伸屈服強度和剛性明顯提高,使得滑石粉-聚合物(PP料)具有一系列優(yōu)良的機械力學性質(zhì),可代替ABS,尼龍和改性PPO等工程塑料,滑石粉增強的PP不僅剛度和韌性之間的關(guān)系均衡,而且表面硬度高,抗刮傷性好,紋理美觀.例如在國外,美國的HPM公司用20%的滑石粉填充的PP料制成168m2,5kg的蜂窩狀的吸音天花板和轎車的搖窗升降機;日本的三菱以及德國的奧迪公司使用EPDM和滑石粉聯(lián)合填充PP料用于制作汽車用的保險杠等.國內(nèi),成都有機硅研究中心為桑塔納轎車成功地研究出用于搖窗機卷筒外殼和電器插件外殼用的滑石粉填充的PP料;燕山公司研制出的車門內(nèi)襯板用的滑石粉填充的PP 料以及化工部南通合成材料廠為上海大眾汽車公司研制的替代VW4405PP6(德國改性PP 料,用于生產(chǎn)空氣濾清器)的滑石粉填充的PP料等.其它方面如儀表盤,底盤,踏板等亦有廣泛應(yīng)用.另外,現(xiàn)在將改性后的滑石粉用于SMC料中也在研究中,如果研究成功,大幅度地降低汽車的自重以減低油耗. b)應(yīng)用于家電方面:在我國,PP料以通用型的為主,高強的以及耐沖擊的高性能的PP 料很少,這與國外的情況相比差距很大.用滑石粉填充PP料可明顯提高PP料的耐沖擊擊性,耐熱性,耐腐蝕性,主要應(yīng)用于生產(chǎn)洗衣機等家電,其中洗衣機是用量最大的.例如濟南塑料制品廠以合適的工藝及配方制出的滑石粉填充的PP料應(yīng)用于濟南洗衣機廠的滾筒洗衣機的配套件生產(chǎn),其制品經(jīng)檢驗完全合格. c)應(yīng)用于其他塑料方面:因為滑石粉填充塑料不僅可提高制品的剛性,改善尺寸穩(wěn)定性, 潤滑性,還可減少對成型機械和模具的磨損,故其還可用于其他塑料如PE,PVC,ABS以及尼龍等.例如,用滑石粉填充ABS和尼龍,可改善ABS及尼龍的繞曲模量.重慶合成化工廠就使用纖維含量較高的滑石粉填充PVC,對PVC進行改性,而后用改性了的PVC生產(chǎn)出了各方面性能俱佳的PVC地磚. 3.2 應(yīng)用于涂料方面 眾所周知,滑石粉具有層狀結(jié)構(gòu),在受到剪切力的作用下層間會發(fā)生滑動,失去外力后, 層間又具有回復的趨勢.同時滑石粉具有片狀結(jié)構(gòu),因此,具有較高的長徑比.在復合材料中可有效地提高復合材料的剪切模量及屈服應(yīng)力值. 涂料本身是一種廣義上的復合材料,之所以是以液體形式出現(xiàn),是為了方便其施工.在溶劑揮發(fā)后,墻體表面的涂料實質(zhì)是一種復合材料.涂料在施工過程中屬于假塑性流體,既是當剪切力增加時其動度下降的一類非牛頓型流體,因此,有效分散并與涂料樹脂完全潤濕的滑石粉可有效地改善涂料的流變性.根據(jù)流變模型,可將施工過程中的涂料看作是由許多厚度為dh的薄層所組成,在外力作用下薄層之間發(fā)上滑動在滑石粉有效潤濕并完全分散的前提下因滑石粉的層間內(nèi)·聚力大于涂層間的內(nèi)聚力使得薄層間發(fā)生界面滑動的屈服應(yīng)力提高,在流變模型中,黏度提高.當外力增加時,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分被破壞,黏度下降.在外力消失后,滑石粉層間的回復的趨勢又使得涂料的黏度部分提高,表現(xiàn)出了類似觸變性流體的性質(zhì),在其它助劑的輔助下可達到較理想的流變性質(zhì).涂膜施工完畢至完全干燥的過程中, 滑石粉的片狀結(jié)構(gòu)可有效地改善涂膜的流平性.當涂膜完全干燥后,滑石粉因其較高的長徑比,可賦予涂膜以較高的抗沖擊強度和斷裂韌性.滑石粉在干燥的涂膜中的作用類似在高分子復合材料中的作用.
滑石粉的應(yīng)用展望
滑石粉在塑料中的應(yīng)用有其古老而又輝煌的歷史。在我國經(jīng)歷了一個不自覺使用到自覺開發(fā)應(yīng)用的過程，隨著我國滑石粉加工技術(shù)和裝備的現(xiàn)代化，可以說提供的不同檔次的產(chǎn)品已能滿足當前塑料加工行業(yè)的需要，現(xiàn)在的問題是如何更加全面、深入地認識滑石的特性，開辟更多的應(yīng)用領(lǐng)域，使滑石粉的附加值通過新技術(shù)和新應(yīng)用得以提高，共創(chuàng)滑石行業(yè)和塑料加工行業(yè)的雙贏局面。1）大力宣傳滑石粉填充塑料的可環(huán)境消納性，通過制造輿論和無可爭辯的事實讓消費者和社會監(jiān)管者承認和接受這一觀點，為滑石粉在新的領(lǐng)域應(yīng)用打開局面。2）充分利用滑石粉有別于其它填料的特點，樹立起滑石粉改性塑料不可動搖的地位�；蹆r格低、摩損輕微、填充塑料薄膜透光性好，對紅外線有阻隔作用，可起到成核劑的作用等等都應(yīng)當反復宣傳，直到深入人心。3）滑石礦與其它礦物伴生使得滑石粉的成分因產(chǎn)地而千差萬別。有一些共生礦物與滑石一起粉碎并不會對塑料的性能造成太大影響，對此應(yīng)加以研究落實以利于滑石資源的充分利用。有一些共生礦物可能帶來影響，如有些塑料企業(yè)反映當?shù)氐幕墼谒芰现惺褂妹黠@變色，就有可能是共生礦物的問題，也應(yīng)加以研究確定，不能因此認為滑石粉不能用于塑料加工。4）滑石粉的粗細對填充塑料的性能是有明顯影響的，隨著粒徑尺寸降低，填充塑料的拉伸強度和模量都有顯著提高，但滑石粉過細，會使表面處理的任務(wù)加重，如果表面處理不好，反而會造成性能不佳，還會影響加工流動性。因此滑石粉的細度要適宜，以能滿足材料性能和加工性能要求為前提，并非越細越好。5）經(jīng)驗表明，滑石粉的表面有機化處理要比碳酸鈣困難得多，由于前面已述過的原因，通常的偶聯(lián)劑處理方法并不能使所有滑石粉顆粒的表面都得到有效的處理，進而會影響到滑石粉與基體塑料的親合狀態(tài)。低分子聚乙烯的包覆要比偶聯(lián)劑的效果好得多，也可以使用馬來酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH），它可有效地改善兩相界面親合狀態(tài)，從而對提高填充材料的力學性能有利。眾多科研人員對碳酸鈣的表面處理具有豐富的經(jīng)驗，而且通過選擇表面處理劑和改進處理工藝和設(shè)備，都確保了超微細碳酸鈣顆粒極高的表面活化率，甚至提出全新的原位化學組合處理的理論和方法，這對作好滑石粉的表面處理大有借鑒意義。這方面的進展和突破也將對滑石粉的改性效果帶來重大影響。滑石粉作為一種礦物填料在塑料中應(yīng)用有著久遠的歷史。隨著滑石粉的特性被人們更深刻的認識以及滑石粉加工應(yīng)用技術(shù)不斷的進步，滑石粉在塑料中的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大，應(yīng)用的數(shù)量也將迅速提高。
滑石粉實際上是一種帶負電荷的微細粒子，特別是被水較好濕潤的滑石粉表現(xiàn)出較高的雙層電位，其負電荷量與瓷土相當。另一方面，由于滑石粉的表面性能較低，其表面親空氣而憎水，氣固兩相接能界面張力小于液固兩相界面張力。所以，滑石粉不易脫出空氣而被水濕潤，因而影響它的分散性，從而制約了它在纖維上的留著。據(jù)有關(guān)研究資料表明，填料的留著與纖維一樣，同樣與過濾、絮聚和吸附作用有關(guān)，但最顯著的是絮聚作用的效應(yīng)，其次是過濾作用。由此可知，要提高滑石粉的留著率，必須首先讓滑石粉的表面獲得良好而充分的滑潤。
滑石粉的主要成分是滑石�；癁槠瑺顚娱g結(jié)構(gòu)，純品為白色至淺紅或淺灰色的細膩粉末，相對密度為2.7～2.85，折射率為1.57～1.59，滑石粉的片狀層間結(jié)構(gòu)使其具有許多重要性質(zhì)，如高電阻率和低透氣率，潤滑性和低磨損性，很好的疏水性。用作橡塑料填充劑﹑增容劑﹑隔離劑及表面處理劑，對物性有補強作用,尤其是壓縮歪及觸感,使用在EVA橡膠發(fā)泡制品中,EPDM﹑PVC電線電纜料效果特別明顯�；饕煞质腔奈徭V，分子式為Mg3［Si4O10］( OH)2。滑石屬單斜晶系。晶體呈假六方或菱形的片狀，偶見。通常成致密的塊狀、葉片狀 、放射狀、纖維狀集合體。無色透明或白色，但因含少量的雜質(zhì)而呈現(xiàn)淺綠、淺黃、淺棕甚至淺紅色；解理面上呈珍珠光澤。硬度1，比重2.7～2.8�；哂袧櫥�、耐火性、抗酸性、絕緣性、熔點高、化學性不活潑、遮蓋力良好、柔軟、光澤好、吸附力強等優(yōu)良的物理、化學特性，由于滑石的結(jié)晶構(gòu)造是呈層狀的，所以具有易分裂成鱗片的趨向和特殊的滑潤性，如果Fe2O3的含量很高則會減低它的絕緣性。
2.用途：(1)化妝品級(HZ)：用于各種潤膚粉、美容粉、爽身粉等。(2)醫(yī)藥—食品級(YS)：醫(yī)藥片劑、糖衣、痱子粉和中藥方劑、食品添加劑、隔離劑等。(3)涂料級(TL)：用于白色體質(zhì)顏料和各類水基、油基、樹脂工業(yè)涂料、底漆、保護漆等。(4)造紙級(ZZ)：用于各類紙張和紙板的填料，木瀝青控制劑。(5)塑料級(SL)：用于聚丙烯、尼龍、聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚脂類等塑料的填料。(6)橡膠級(AJ)：用于橡膠填料和橡膠制品防粘劑。(7)電纜級(DL)：用于電纜橡膠增劑、電纜隔離劑。(8)陶瓷級(TC)：用于制造電瓷、無線電瓷、各種工業(yè)陶瓷、建筑陶瓷、日用陶瓷和瓷釉等。(9)防水材料級(FS)：用于防水卷材、防水涂料、防水油膏等。(10)微細滑石粉：用于高級油漆涂料、塑料、電纜橡膠、化妝品、銅板紙涂料、紡織潤滑劑等。
滑石的作用與化學成份
滑石是一種具層狀構(gòu)造的含水的鎂質(zhì)硅酸鹽礦物，化學式為Mg3［Si4O10］(OH)2，以氧化物表示為3MgO·4SiO2·H2O。由于其質(zhì)軟，有很強的滑膩感而得名�；哂休^高的電絕緣性、絕熱性、高熔點和對油類有強烈的吸附性能,因此在工業(yè)上有廣泛的用途。而且隨著工業(yè)的發(fā)展,用量不斷增加，應(yīng)用范圍日益擴大。中國年產(chǎn)量近100萬t，用于造紙工業(yè)約占總產(chǎn)量的60%，油氈工業(yè)約占15%。此外廣泛用于醫(yī)藥、化工、紡織、陶瓷、雕塑等許多領(lǐng)域。因此，滑石礦在國民經(jīng)濟中是占有重要地位的礦種之一。
礦石礦物原料特點
滑石礦物的理論成分為MgO=31.72%，SiO2=63.12%，H2O=4.76%。所含的硅有時被鋁或鈦替代（鋁可達2%，鈦可達0.1%），鎂則經(jīng)常被鐵、錳、鎳及鋁替代。含F(xiàn)eO可達5%，含F(xiàn)e2O3達4.2%，NiO達1%。有的含有少量鉀、鈉、鈣。經(jīng)類質(zhì)同象替代可形成不同成分的滑石變種，如鐵滑石Fe3［Si4O10］(OH)2、鈣滑石Ca3［Si4O10］(OH)2、鎳滑石Ni3［Si4O10］(OH)2等。 滑石屬于斜方柱晶類。微細晶體呈六方或菱形板狀，但很少見。通常呈致密塊狀、葉片或鱗片狀集合體。 純凈的滑石呈白色或微帶淡黃、粉紅、淡綠、淡褐色調(diào)。帶較深顏色的滑石乃是含有雜質(zhì)元素所致。玻璃光澤。致密塊狀滑石呈貝殼狀斷口。硬度為1，密度2.58～2.83g/cm3�；挥谢伕�，有較高的電絕緣性。 根據(jù)用途將滑石礦物原料分為兩類，即塊狀滑石和滑石粉。雕刻工藝品用的塊狀滑石的顏色可起到美化作用，因此雜質(zhì)致色元素在此則是有益組分。造紙及化工用的滑石粉則要求潔白。因此，所含有的鐵、錳、鎳及鈦等致色元素雜質(zhì)則是有害的組分。純凈的滑石礦石很少，通常有其他礦物伴生，例如綠泥石、菱鎂礦、透閃石、白云石、菱鐵礦、石英、黃鐵礦等。這些礦物改變了礦石的化學組成，使礦石帶色，并明顯地影響礦石的物理性質(zhì)，使之相應(yīng)的降低其工業(yè)品級。
滑石的礦石類型在國外一般分為四類:
(1) 塊滑石 致密塊狀，可以加工成一定大小的不同形狀塊體。雜質(zhì)少，滑石含量在70%以上。
(2) 片狀軟滑石 為碳酸鎂質(zhì)巖石的一種蝕變產(chǎn)物，常見的伴生礦物是綠泥石。這是一種用途最廣泛的礦石。
(3) 透閃石滑石 有時稱為硬滑石，乃是塊狀或?qū)訝畹囊环N巖石。含有不同量的透閃石、直閃石、方解石、白云石、蛇紋石等伴生礦物。這種礦石的特點是氧化鈣含量較高，達6%～10%。
(4) 混合滑石 是一種含有滑石、白云石、方解石、蛇紋石、綠泥石等的片狀巖石,色白，易碎。 在國內(nèi)按滑石含量不同分為塊滑石和滑石巖，后者滑石含量低于70%，需經(jīng)選礦才能利用�；瘞r主要有滑石綠泥石巖和滑石碳酸鹽巖�；G泥石巖除含有綠泥石和滑石外，還常伴有蛇紋石、輝石等，顏色大多數(shù)為綠色�；妓猁}巖中與滑石伴生的為菱鎂礦或白云石，顏色多為淡灰色。
二、 用途與技術(shù)經(jīng)濟指標 滑石用途很廣泛，除作為輕工業(yè)產(chǎn)品的原料外，還用于農(nóng)業(yè)、化妝品以及醫(yī)藥。其主要用途及其質(zhì)量要求簡述于下。
(一) 塊滑石的用途及質(zhì)量要求 塊滑石根據(jù)用途分為兩類，即工業(yè)滑石及化妝品滑石，各有相應(yīng)的質(zhì)量要求。
1.工業(yè)滑石據(jù)國家標準BG1534-94，工業(yè)滑石按塊度長、寬、厚的任何一個最大尺寸，劃分為三種規(guī)格: 大塊滑石:最大邊的尺寸應(yīng)大于200mm; 中塊滑石:最大邊的尺寸為20～200mm; 小粒滑石:最大粒徑小于20mm。 其中小�；賱澐譃�1號、2號及3號三個質(zhì)量等級。工業(yè)滑石的物理化學性能應(yīng)符合表4.15.1規(guī)定。塊滑石用來制造滑石瓷、制耐火磚和電盤、雕刻工藝美術(shù)品以及填加于化妝品、食品中。
2.化妝品滑石 化妝品級塊滑石對質(zhì)量要求很高，對物理化學性能有嚴格要求。例如礦石中無砂性顆粒,且有潤滑感。細菌總數(shù)小于或等于500個/g，霉菌小于或等于100個/g，不得檢出如大腸桿菌、葡萄球菌、綠膿桿菌等致病菌。當磨成滑石粉時細度大于或等于75μm，通過率98.0%。重金屬含量小于或等于40×10-4。 (二) 滑石粉的用途及技術(shù)經(jīng)濟指標
滑石粉用途十分廣泛，用量最大的為造紙工業(yè)，其次是防水材料工業(yè)。
1.造紙工業(yè) 滑石粉在造紙工業(yè)中主要有三種用途，即用作填料、涂料和紙漿的樹脂控制劑�；墒辜垙垐怨虧嵃祝黾硬煌该鞫群土炼�，增強對油墨的吸附能力。滑石對顏料有較強的固著力，使彩色印刷品獲得良好的色彩效果。 滑石的凹面磨耗值很低，因而對造紙設(shè)備和印刷設(shè)備磨損甚小。再者滑石密度小于二氧化鈦(TiO2)，因此作為填料比二氧化鈦優(yōu)越。而滑石粉的價格遠低于二氧化鈦，使之更具有競爭性。 滑石粉已成功地用于廢紙脫墨工藝中，可有效地使廢紙在浮選和洗滌中脫墨。
2.防水材料 滑石既可以用作屋面制品——油氈、屋面紙、瀝青瓦、屋面板等的填充料，又可以用作屋面材料的防粘粉劑。當用作填充料時，滑石在熔融的瀝青組分中起穩(wěn)定劑作用，增加屋面材料的穩(wěn)定性和抗風化能力。當滑石粉噴灑在瀝青瓦或成卷的屋面材料表面時,可以防止其在制作和存放期間發(fā)生粘連。 防水材料工業(yè)可使用低等級的帶色和不純的粗磨滑石粉，
3.其他工業(yè) 滑石在塑料工業(yè)、橡膠工業(yè)、電纜工業(yè)、陶瓷工業(yè)、涂料工業(yè)及紡織工業(yè)皆有重要用途。
滑石粉的作用
滑石粉是一種重要的含水的鎂硅酸鹽礦物，分子式： 3MgO.4SiO2.H2O. 理論組成為 SiO263.36%,MgO31.89%.4SiO2.H2O4.75%. 滑石屬單斜晶系晶體，呈鱗片狀，葉片狀，纖維狀。是自然界中硬度最小的礦物之一。本公司的 超細滑石粉是選用優(yōu)質(zhì)滑石礦為原料，經(jīng)過采選、水洗、風干、破碎、研磨等工序加工而成。每道工序都按照嚴格的操作規(guī)格和檢測標準進行生產(chǎn)，最終產(chǎn)品經(jīng)檢測合格后，才準予包裝出廠。產(chǎn)品具有白度高、顆料分布均勻，粒徑分布窄及比表面積大等特點。 四、產(chǎn)品功能： 滑石通常用作填料，廣泛應(yīng)用于造紙、涂料、油墨、電纜、陶瓷、橡膠、醫(yī)藥、紡織、飼料等行業(yè)，作填充劑起到增加產(chǎn)品的體積，降低生產(chǎn)成本。 1、在涂料中，滑石粉作為填料，可起到骨架作用，降低制造成本同時提高涂料的漆膜硬度。分為透明型及遮蓋型超細滑石粉。透明型超細滑石粉主要用于油性涂料。遮蓋型滑石粉主要用于水性涂料。 2、滑石在造紙工業(yè)主要用于造紙?zhí)盍�、涂料和樹脂控制及脫墨劑�；米髟旒埖奶盍现饕糜谛侣劶垺€~紙版、膠印紙、書寫紙等，滑石可使紙張堅固潔白，增加不透明度和亮度，增強對油墨的吸附能力�；瘜︻伭嫌休^強的固著力，使彩色印刷品獲得良好的色彩效果。 3、用于橡膠中，可增加橡膠的體積，改善橡膠的加工性，起半補強或補強作用，并可調(diào)節(jié)橡膠的硬度。 4、在塑料中，可增加塑料的體積，降低產(chǎn)品成本，提高塑料的尺寸穩(wěn)定性及塑料的硬度和剛性，改善塑料的耐熱性，改進塑料的散光性。
滑石粉的改性及應(yīng)用
1.1 滑石粉的性質(zhì) 滑石粉是一種水合硅酸鹽,其化學式是3MgO· 4SiO·H20,其結(jié)晶形狀可為片狀,(層狀),葉狀,針狀或塊狀.純滑石的結(jié)構(gòu)由一層水鎂石(氫氧化鎂.MgO·H2O)夾于兩層二氧化硅之間構(gòu)成,層間彼此疊加,相鄰的滑石層依靠弱的范德華力結(jié)合.當對其施加剪切作用時,很容易發(fā)生層間的相互滑動.滑石粉對大多數(shù)化學試劑顯現(xiàn)惰性,與酸接觸不分解,是電的不良導體,導熱性低且耐熱沖擊性高,加熱到 9000C的高溫仍不分解.滑石的這些優(yōu)良性質(zhì)使得其成為一種很好的填充劑,可用于填充塑料或用于涂料的填加劑. 1.2 改性的必要性 1)滑石粉填充塑料,可改善制品的剛性,尺寸穩(wěn)定性,潤滑性,可防止高溫蠕變,減少對成型機械的磨損,可使聚合物在通過填充提高硬度與抗蠕變性的同時抗沖擊強度基本不變.如果處理得當,其可使聚合物的耐熱沖擊強度提高,可改善塑料的成型收縮率,制品的彎曲彈性模量及拉伸屈服強度.滑石粉的價格低廉,使之適用于作為增量劑(復合物價格較低而樹脂的物理性能下降極小),同時,滑石粉的片狀結(jié)構(gòu)或縱橫比高又使之適用于作為增強劑(提高復合物的機械性能). 2)因為滑石粉具有良好的懸浮性和易分散性且磨蝕性低,滑石粉可作為涂料的填充劑, 片狀粒子結(jié)構(gòu)的滑石粉可使涂膜具有很高的耐水性和瓷漆不滲性,主要應(yīng)用于底漆和中間涂料;纖維狀粒子結(jié)構(gòu)的滑石粉因吸油量高且具有良好的流變性,使得涂料的儲存穩(wěn)定性得到改進.并可使涂料的流變性及流平性得到很好的改善,同時可提高涂料的耐候性. 3)改性填充的原理:填充改性是基于聚合物與填料復合物兩相體系界面之間通過不同的化學鍵 (包括氫鍵,極性鏈)形成表面碇系效應(yīng),體系中的填料粒子界面張力在復合物界面上形成空洞,縫隙之間進行填充,在其與填料進行摻混過程之中易于進行力和能量傳遞而形成良好的分散,從而達到提高制品的機械化學性能的目的. 1.3 改性用改性劑 改性的機理是利用某些帶有兩性基團(親油及親水基團)的小分子或高分子化合物對進行復合的兩種物質(zhì)中的一種或兩種進行表面改性,使其表面性質(zhì)由憎水變?yōu)橛H水或由親水變?yōu)槭杷?目的是使兩種物質(zhì)更好的結(jié)合.對滑石粉而言,為了讓滑石粉更好地與聚合物結(jié)合, 目前改性用的改性劑主要有兩大類: a)偶聯(lián)劑類:主要為鈦酸脂類,鋁酸脂類,硅烷類及硬脂酸類,應(yīng)用較多的是鈦酸脂類, 其分子結(jié)構(gòu)為 R'一O一Ti一(O一X—R—Y)n,其中R'O-能與填料表面化學結(jié)構(gòu)起作用,R為具有脂肪或芳香結(jié)構(gòu)的長鏈纏結(jié)基因,可改善聚合物與填料間的相容性,Y為活性反應(yīng)基因,能在聚合物填充體系中起交聯(lián)或健合作用.簡言之,偶聯(lián)劑的一個基因與滑石粉表面反應(yīng)以鍵合力結(jié)合,另一個基團參與高聚物的聚合反應(yīng)以鍵合力與聚合物結(jié)合,這樣, 偶聯(lián)劑就像橋一樣使兩者結(jié)合起來. b)表面活性劑類:主要是十二烷基苯磺酸鈉,十二烷基磺酸鈉,十二烷基三甲基溴化銨, 十二烷基三甲基氯化銨,烯基磺酸鈉等,其在聚合物與填料之間相容性改善的作用與偶聯(lián)劑相同,但其與填料表面結(jié)合的機理與偶聯(lián)劑不同.眾所周知,無機粒子的表面都帶有電荷, 且根據(jù)粒子的帶電性質(zhì)可知,隨溶液的PH值不同,無機粒子的表面帶電性質(zhì)亦不同,當溶液的PH值大于無機粒子的ZETA等電點時,粒子表面帶負電荷,粒子可吸附陽離子表面活性劑,同樣,當PH值小于ZETA等電點時,可吸附陰離子表面活性劑.表面活性劑在離子的表面的作用是通過離子交換,離子對的形成,"憎水鍵"的形成而完 成的.但是,表面活性劑對聚合物的吸附不是很好,一般采取吸附單體而后再聚合形成微膠囊包覆. 1.4 國內(nèi)外的先進的改性方法 國內(nèi)外的改性方法大致可分為6種: a)表面覆蓋改性:將表面活性劑覆蓋于粒子表面,賦予粒子表面新的性質(zhì). b)機械化學方法:運用粉碎,摩擦等方法增強粒表面活性的改性方法. c)外膜層改性:在粒子表面均勻地包覆一層聚合物,從而使粒子表面性質(zhì)發(fā)生變化的方法. d)局部活性改性:利用化學反應(yīng)在粒子表面接枝上帶不同的官能團,達到表面改性的目的. e)高能量表面改性:利用高能放電,紫外線,等離子射線等對粒子表面改性. f)沉淀反應(yīng)改性:利用沉淀反應(yīng)進行改性. 2 改性方法 主要的改性方法及改性手段 1)表面覆蓋改性:將表面活性劑覆蓋于粒子表面,賦予粒子表面新的性質(zhì). 這種方法就是將表面活性劑或偶聯(lián)劑以吸附或化學鍵的方式與粒子表面結(jié)合,使粒子表面由親水變?yōu)槭杷?使粒子與聚合物的相容性得以改善.其原理大致可理解為表面活性劑或偶聯(lián)劑在粒子表面形成一層單分子膜,因其帶有兩性基團,所以它的親水基團必定朝向粒子表面,那么它的另一基因(也就是親油基因)必定朝向外,因此,當粒子與聚合物結(jié)合時兩者有很好的相容性,從而達到對粒子表面改性的目的.這種方法是現(xiàn)今比較普遍的方法. 2)機械化學方法:運用粉碎,摩擦等方法增強粒子表面活性的改性方法. 這種方法是將比較大的粒子通過粉碎,摩擦等方法使其變得較小,在這個過程中粒子的表面活性變大,亦即表面吸附能力增強,易于吸附其他的物質(zhì),使工藝簡化,成本降低,同時可使產(chǎn)品的質(zhì)量易于控制.例如,日本對部分滑石粉就采取由大粒子變小的方法增強其表面活性,而后與經(jīng)丙烯酸改性的 PP料或PP與PE的共混料混合,所的增強材料一般用于汽車的保險杠,發(fā)動機周圍零部件,空調(diào)零件,儀表盤等工業(yè)配件,其中滑石粉一般不經(jīng)表面處理.國內(nèi)有的將16.5μm粒徑的滑石粉在攪拌磨中粉碎后包覆硅烷偶聯(lián)劑從而達到對其改性的目的. 3)外膜層改性:在粒子表面均勻地包覆一層聚合物,從而使粒子表面性質(zhì)發(fā)生變化的方法. 這種方法是將粒子表面先進行活化處理,使其表面活性增強,吸附能力增強,可吸附單體及引發(fā)劑使單體在粒子表面發(fā)生聚合反應(yīng),最終在粒子表面形成一層聚合物膜.通過這種方法可使無機粉體達到表面改性的目的,改善其在有機物中的分散穩(wěn)定性.聚合反應(yīng)一般為原位聚合和乳液種子聚合.例如,談定生等人對TiO2的表面包覆就是采取的原位聚合法, 是PMMA包覆在TiO2表面的,國內(nèi)也有采取乳液聚合的方法對無機粒子進行包覆的.對滑石粉而言,可采用先粉碎活化,再在一定條件下吸附表面活性劑,然后通過表面活性劑吸附單體,最后使單體發(fā)生聚合反應(yīng)達到表面包覆的效果.對于為何對滑石粉采用先用表面活性劑處理,原因是滑石粉的表面不如Ti02活性大,不能很好地完全吸附單體,可能導致不能完全包覆影響改性效果.另外,滑石粉為片狀結(jié)構(gòu),原位聚合放出的大量的熱可使部分滑石粉層間的范德華鍵被破壞,發(fā)生層間剝離,有利于形成部分納米結(jié)構(gòu)的復合材料. 4)局部活性改性:利用化學反應(yīng)在粒子表面接枝上不同的官能團,達到表面改性的目的. 眾所周知,無機粒子表面有一些基團具有活性可與其他的基因反應(yīng).所以,可利用化學反應(yīng)在粒子表面接枝一些可與聚合物相容的基因或官能團,使無機粒子與聚合物有更好的相容性,或使無機粒子一官能團參加聚合物的聚合反應(yīng),從而達到無機粒子與聚合物復合的目的.例如,日本三共精粉的 ACP活性碳酸鈣就是在力化學作用下使吸附有丙烯酸類單體的碳酸鈣進行表面接枝反應(yīng)而得到的. 5)高能量表面改性:利用高能放電,紫外線,等離子射線等對粒子表面改性. 這種方法就是利用高能放電,紫外線,等離子射線等所產(chǎn)生的巨大能量對粒子表面進行改性,使其表面具有活性.提高粒子與聚合物的相容性. 6)沉淀反應(yīng)改性:利用沉淀反應(yīng)進行改性. 這種方法就是利用沉淀效應(yīng)對粒子表面進行包覆,從而達到改性的效果. 3 應(yīng)用 3.1 應(yīng)用于塑料方面 1)應(yīng)用于PP料方面:這方面的應(yīng)用是現(xiàn)在研究的最廣的,也是應(yīng)用的最多的.現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于汽車的零部件上,例如汽車的保險杠,發(fā)動機周圍零部件,空調(diào)零件,儀表盤,車燈,底盤,踏板等零部件.另外,還應(yīng)用于改善PP料的各項力學性能,賦予材料新的性質(zhì), 例如用32%的滑石粉填充PP料,可提高 PP料的機械強度,用于生產(chǎn)洗衣機的配件,生產(chǎn)的建筑排水管件,具有表面光潔度高,韌性好,熱變形溫度高,尺寸穩(wěn)定性好等的特點,得到了廣泛的應(yīng)用.以下分別進行論述: a)在汽車方面的應(yīng)用:無論哪個國家,PP料占汽車中所用塑料總量中的最大比例,例如歐洲是 28.1%,日本是28.8%,其原因是PP料來源廣泛,密度小,并可通過改性提高其的物理化學性質(zhì),可以在不降低機械性能的前提下降低成本,減輕重量,降低油耗.例如用滑石粉填充的PP料注射成型的汽車用冷卻風扇,不但重量輕,噪音降低,而且提高了冷卻效率.在填充料方面,滑石粉是最好的選擇,原因是滑石粉的微觀結(jié)構(gòu)是片狀的,由于它的這種特殊結(jié)構(gòu),與顆粒狀填料相比,具有明顯的增強作用,尤其是在PP料中加入時其的成核作用使拉伸屈服強度和剛性明顯提高,使得滑石粉-聚合物(PP料)具有一系列優(yōu)良的機械力學性質(zhì),可代替ABS,尼龍和改性PPO等工程塑料,滑石粉增強的PP不僅剛度和韌性之間的關(guān)系均衡,而且表面硬度高,抗刮傷性好,紋理美觀.例如在國外,美國的HPM公司用20%的滑石粉填充的PP料制成168m2,5kg的蜂窩狀的吸音天花板和轎車的搖窗升降機;日本的三菱以及德國的奧迪公司使用EPDM和滑石粉聯(lián)合填充PP料用于制作汽車用的保險杠等.國內(nèi),成都有機硅研究中心為桑塔納轎車成功地研究出用于搖窗機卷筒外殼和電器插件外殼用的滑石粉填充的PP料;燕山公司研制出的車門內(nèi)襯板用的滑石粉填充的PP 料以及化工部南通合成材料廠為上海大眾汽車公司研制的替代VW4405PP6(德國改性PP 料,用于生產(chǎn)空氣濾清器)的滑石粉填充的PP料等.其它方面如儀表盤,底盤,踏板等亦有廣泛應(yīng)用.另外,現(xiàn)在將改性后的滑石粉用于SMC料中也在研究中,如果研究成功,大幅度地降低汽車的自重以減低油耗. b)應(yīng)用于家電方面:在我國,PP料以通用型的為主,高強的以及耐沖擊的高性能的PP 料很少,這與國外的情況相比差距很大.用滑石粉填充PP料可明顯提高PP料的耐沖擊擊性,耐熱性,耐腐蝕性,主要應(yīng)用于生產(chǎn)洗衣機等家電,其中洗衣機是用量最大的.例如濟南塑料制品廠以合適的工藝及配方制出的滑石粉填充的PP料應(yīng)用于濟南洗衣機廠的滾筒洗衣機的配套件生產(chǎn),其制品經(jīng)檢驗完全合格. c)應(yīng)用于其他塑料方面:因為滑石粉填充塑料不僅可提高制品的剛性,改善尺寸穩(wěn)定性, 潤滑性,還可減少對成型機械和模具的磨損,故其還可用于其他塑料如PE,PVC,ABS以及尼龍等.例如,用滑石粉填充ABS和尼龍,可改善ABS及尼龍的繞曲模量.重慶合成化工廠就使用纖維含量較高的滑石粉填充PVC,對PVC進行改性,而后用改性了的PVC生產(chǎn)出了各方面性能俱佳的PVC地磚. 3.2 應(yīng)用于涂料方面 眾所周知,滑石粉具有層狀結(jié)構(gòu),在受到剪切力的作用下層間會發(fā)生滑動,失去外力后, 層間又具有回復的趨勢.同時滑石粉具有片狀結(jié)構(gòu),因此,具有較高的長徑比.在復合材料中可有效地提高復合材料的剪切模量及屈服應(yīng)力值. 涂料本身是一種廣義上的復合材料,之所以是以液體形式出現(xiàn),是為了方便其施工.在溶劑揮發(fā)后,墻體表面的涂料實質(zhì)是一種復合材料.涂料在施工過程中屬于假塑性流體,既是當剪切力增加時其動度下降的一類非牛頓型流體,因此,有效分散并與涂料樹脂完全潤濕的滑石粉可有效地改善涂料的流變性.根據(jù)流變模型,可將施工過程中的涂料看作是由許多厚度為dh的薄層所組成,在外力作用下薄層之間發(fā)上滑動在滑石粉有效潤濕并完全分散的前提下因滑石粉的層間內(nèi)·聚力大于涂層間的內(nèi)聚力使得薄層間發(fā)生界面滑動的屈服應(yīng)力提高,在流變模型中,黏度提高.當外力增加時,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)部分被破壞,黏度下降.在外力消失后,滑石粉層間的回復的趨勢又使得涂料的黏度部分提高,表現(xiàn)出了類似觸變性流體的性質(zhì),在其它助劑的輔助下可達到較理想的流變性質(zhì).涂膜施工完畢至完全干燥的過程中, 滑石粉的片狀結(jié)構(gòu)可有效地改善涂膜的流平性.當涂膜完全干燥后,滑石粉因其較高的長徑比,可賦予涂膜以較高的抗沖擊強度和斷裂韌性.滑石粉在干燥的涂膜中的作用類似在高分子復合材料中的作用.
滑石粉的應(yīng)用展望
滑石粉在塑料中的應(yīng)用有其古老而又輝煌的歷史。在我國經(jīng)歷了一個不自覺使用到自覺開發(fā)應(yīng)用的過程，隨著我國滑石粉加工技術(shù)和裝備的現(xiàn)代化，可以說提供的不同檔次的產(chǎn)品已能滿足當前塑料加工行業(yè)的需要，現(xiàn)在的問題是如何更加全面、深入地認識滑石的特性，開辟更多的應(yīng)用領(lǐng)域，使滑石粉的附加值通過新技術(shù)和新應(yīng)用得以提高，共創(chuàng)滑石行業(yè)和塑料加工行業(yè)的雙贏局面。1）大力宣傳滑石粉填充塑料的可環(huán)境消納性，通過制造輿論和無可爭辯的事實讓消費者和社會監(jiān)管者承認和接受這一觀點，為滑石粉在新的領(lǐng)域應(yīng)用打開局面。2）充分利用滑石粉有別于其它填料的特點，樹立起滑石粉改性塑料不可動搖的地位�；蹆r格低、摩損輕微、填充塑料薄膜透光性好，對紅外線有阻隔作用，可起到成核劑的作用等等都應(yīng)當反復宣傳，直到深入人心。3）滑石礦與其它礦物伴生使得滑石粉的成分因產(chǎn)地而千差萬別。有一些共生礦物與滑石一起粉碎并不會對塑料的性能造成太大影響，對此應(yīng)加以研究落實以利于滑石資源的充分利用。有一些共生礦物可能帶來影響，如有些塑料企業(yè)反映當?shù)氐幕墼谒芰现惺褂妹黠@變色，就有可能是共生礦物的問題，也應(yīng)加以研究確定，不能因此認為滑石粉不能用于塑料加工。4）滑石粉的粗細對填充塑料的性能是有明顯影響的，隨著粒徑尺寸降低，填充塑料的拉伸強度和模量都有顯著提高，但滑石粉過細，會使表面處理的任務(wù)加重，如果表面處理不好，反而會造成性能不佳，還會影響加工流動性。因此滑石粉的細度要適宜，以能滿足材料性能和加工性能要求為前提，并非越細越好。5）經(jīng)驗表明，滑石粉的表面有機化處理要比碳酸鈣困難得多，由于前面已述過的原因，通常的偶聯(lián)劑處理方法并不能使所有滑石粉顆粒的表面都得到有效的處理，進而會影響到滑石粉與基體塑料的親合狀態(tài)。低分子聚乙烯的包覆要比偶聯(lián)劑的效果好得多，也可以使用馬來酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH），它可有效地改善兩相界面親合狀態(tài)，從而對提高填充材料的力學性能有利。眾多科研人員對碳酸鈣的表面處理具有豐富的經(jīng)驗，而且通過選擇表面處理劑和改進處理工藝和設(shè)備，都確保了超微細碳酸鈣顆粒極高的表面活化率，甚至提出全新的原位化學組合處理的理論和方法，這對作好滑石粉的表面處理大有借鑒意義。這方面的進展和突破也將對滑石粉的改性效果帶來重大影響。滑石粉作為一種礦物填料在塑料中應(yīng)用有著久遠的歷史。隨著滑石粉的特性被人們更深刻的認識以及滑石粉加工應(yīng)用技術(shù)不斷的進步，滑石粉在塑料中的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大，應(yīng)用的數(shù)量也將迅速提高。
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