我國(guó)塑料加工工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，制品年產(chǎn)量達(dá)一億噸，人均消費(fèi)量也進(jìn)入世界發(fā)達(dá)國(guó)家行列。在全面建成小康社會(huì)乃至今后的歷史長(zhǎng)河中，塑料材料和制品 都將成為我們生活中不可缺少的重要伴侶，做為一種人類現(xiàn)代科技成果的新型材料，塑料將青春永駐。塑料加工工業(yè)也將做為綠色朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)而持之永恒。

        改性塑料行業(yè)是塑料加工工業(yè)的一支重要的方面軍，起著先鋒和帶動(dòng)的重要作用。

        塑料改性即通過(guò)化學(xué)的方法或物理的方法或化學(xué)物理聯(lián)用的方法降低塑料材料及制品的成本，或使其性能按我們所希望的方面得到改善，或者增加其功能使之應(yīng)用領(lǐng)域得以擴(kuò)大。

        填充改性與共混改性、增強(qiáng)改性并列為塑料改性的三大手段。填充改性指的是通過(guò)添加非有機(jī)高分子類的粉體材料(主要是由非金屬礦物制成的粉體)，達(dá)到降低塑料材料及制品成本、性能改善、增加功能的效果。

        填充改性技術(shù)取得重大進(jìn)展，但也面臨著一些難以逾越的問(wèn)題，其中最主要的問(wèn)題就是“增重”問(wèn)題。

        微孔硅酸鈣的出現(xiàn)為解決填充改性技術(shù)發(fā)展瓶頸的增重問(wèn)題帶來(lái)光明和希望。新近的研究表明，適量微孔硅酸鈣不僅可以使填充塑料的密度顯著降低，而且在保持良好 的物理機(jī)械性能的前提下，功能性凸顯，是幾十年來(lái)塑料改性領(lǐng)域從未出現(xiàn)過(guò)的全新現(xiàn)象，它的合理使用將為塑料填充改性帶來(lái)革命性的重大變化，其現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意 義都是重大非凡的!在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，微孔硅酸鈣的制造和應(yīng)用將登上科技創(chuàng)新的獎(jiǎng)臺(tái)，在國(guó)內(nèi)國(guó)際范圍內(nèi)將樹(shù)立新材料創(chuàng)新的制高點(diǎn)，成為人工合成無(wú)機(jī)粉體材 料技術(shù)創(chuàng)新的里程碑。

        塑料加工業(yè)使用非金屬礦物粉體材料的情況

        塑料材料及制品年產(chǎn)量1億噸;使用各種非金屬礦物粉體材料總量為1200萬(wàn)噸;碳酸鈣(包括重鈣和輕鈣)占70%，即840萬(wàn)噸;滑石粉占20%，即240萬(wàn)噸;其它如高嶺土、硅灰石粉、水鎂石粉、鎂、鋁氫氧化物等占10%，即120萬(wàn)噸。

        隨著塑料加工工業(yè)的發(fā)展和填充改性技術(shù)的進(jìn)步，在塑料新材料及制品中使用的非金屬礦物粉體材料的數(shù)量還將顯著增長(zhǎng)。

        天然微孔粉體材料和人工合成的微孔硅酸鈣粉體材料的情況

        天然微孔粉體材料主要指的是硅藻土和沸石粉。

        硅藻土是一種硅質(zhì)巖石，由古代硅藻遺體組成。其微孔直徑約20~100nm，孔壁125nm左右，聚集的粉體顆粒約幾個(gè)微米到幾十微米。因有大量微孔存在，其堆積密度約0.3~0.4g/cm3。

        硅藻土在我國(guó)分布集中在吉林、浙江、云南等地。經(jīng)過(guò)分選提純，廣泛用于過(guò)濾、保溫、隔熱、建材等領(lǐng)域。其吸附功能突出，能吸附自身重量2.5倍的水。

        在塑料中應(yīng)用硅藻土的主要障礙是其硬度過(guò)高，易對(duì)加工機(jī)械設(shè)備及其模具造成嚴(yán)重磨損。盡管其微孔優(yōu)勢(shì)很誘人，但所有的應(yīng)用研究都因磨損嚴(yán)重而止步了。

        沸石粉也具有致密的微孔結(jié)構(gòu)，而且資源更為豐富，其精制也相對(duì)方便，同樣因硬度高在塑料中未能得到實(shí)際應(yīng)用。

        天然微孔粉體材料在很多領(lǐng)域得到恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用是可喜的事，但它們既然是大自然的饋贈(zèng)，就存在枯竭隱患，而人工合成的硅酸鈣微孔材料其主要原料是含硅化合物和碳酸鈣，在地球上可以是取之不盡，用之不竭。

        人工合成硅酸鈣微孔粉體材料同樣具備天然微孔材料同樣的納米尺度的微孔結(jié)構(gòu)，幾乎具備天然微孔粉體材料的全部使用功能，有的方面還有過(guò)之而無(wú)不及。尤其寶貴 的是這種微孔粉體材料的硬度和大量使用的碳酸鈣、滑石粉等粉體材料相近的硬度，不會(huì)對(duì)加工機(jī)械設(shè)備及模具帶來(lái)不可忍受的損害。

        人工合成的微孔硅酸鈣具有多孔結(jié)構(gòu)，其微觀結(jié)構(gòu)照片如圖1所示，其它幾種粉體材料的微觀照片如圖2所示。

        合成硅酸鈣粉體一次顆粒粒徑為1~3μm，其蜂窩狀微孔尺寸約100μm左右，微孔周邊孔壁厚度約5~10μm。

        表1和表2分別展示了合成硅酸鈣微粉和其它多種粉體的技術(shù)性能。可以看出，硅酸鈣粉體在堆積密度、比表面積和吸油值方面是普通粉體材料不可相比的，而和價(jià)格昂貴的白炭黑相似。

        合成微孔硅酸鈣粉體材料的功能性及其在塑料中應(yīng)用

        合成微孔硅酸鈣粉體材料因制造成本較高，不可能比大量碳酸鈣、滑石粉等塑料加工常用的粉體材料便宜，而且由于多孔性造成吸水性強(qiáng)以及比表面積大造成加工流動(dòng) 性、分散性不良，直接添加到塑料中使用有相當(dāng)?shù)睦щy。研究工作的重點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是充分發(fā)揮其微孔材料的功能性和添加工藝的合理性兩方面，使其在使用成本可以接受 的前提下制出其它粉體材料不可能做到的高附加值的功能性塑料材料。

        充分發(fā)揮自身堆積密度小的特點(diǎn)降低填充塑料的密度，解決“增重”問(wèn)題

        在同樣添加量時(shí)，微孔硅酸鈣粉體填充聚乙烯塑料的密度最小，且隨著添加量的增加，密度增大的最緩慢。兩種粉體制成的母粒填充聚乙烯塑料片材(厚度：2.0mm)的母料添加量為40%時(shí)，微孔硅酸鈣的填充效果不僅優(yōu)于重質(zhì)碳酸鈣，而且其密度低12.5%。

        利用其高吸附性制備具有緩釋功能的塑料

        微孔硅酸鈣的結(jié)構(gòu)特征決定了高吸附性。利用這一特點(diǎn)可用于多種助劑的載體，加入塑料中后，其助劑的釋放時(shí)間得以延長(zhǎng)，從而使塑料材料的某種功能性得以持久。

        例如在功能性農(nóng)膜中使用流滴劑母料，以微孔碳酸鈣為載體制成流滴劑母料，添加到聚乙烯塑料中制成的無(wú)滴功能農(nóng)膜，其流滴失效時(shí)間是純樹(shù)脂制成農(nóng)膜的一百多倍，比使用滑石粉也延長(zhǎng)將近80%的時(shí)間，見(jiàn)表4。

         滑石粉添加到農(nóng)膜中還能起到阻隔紅外線的作用，提高農(nóng)膜的保溫性。研究結(jié)果表明，微孔硅酸鈣粉體不僅可以延長(zhǎng)流滴劑消耗的時(shí)間，而且在阻隔紅外線的功能方面優(yōu)于滑石粉。

        利用其高吸附性制成除味母料將徹底解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的異味問(wèn)題

        利用其高吸附性制成除味母料將徹底解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的異味問(wèn)題，而且對(duì)塑料材料及制品使用過(guò)程中可全程保持無(wú)異味狀態(tài)。

        加入微孔硅酸鈣粉體的聚乙烯塑料對(duì)甲醛的吸附作用，而重質(zhì)碳酸鈣填充的聚乙烯塑料對(duì)甲醛吸附作用為零。

        在塑料用的相容劑母料、流滴母料的加工現(xiàn)場(chǎng)，由于助劑受熱揮發(fā)，其氣味令人窒息。研究試驗(yàn)表明，少量硅酸鈣粉體的加入，可顯著消除現(xiàn)場(chǎng)異味，保護(hù)操作工人健康，實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)。

        我國(guó)廢棄塑料再生加工利用的規(guī)模已達(dá)到3000萬(wàn)噸/年，但在加工現(xiàn)場(chǎng)，散發(fā)的臭味令人難以忍受。在加入少量微孔硅酸鈣后，現(xiàn)場(chǎng)氣味消失。

        許多汽車、家電的零部件乃至很多裝飾裝潢材料都是由塑料材料制成，人們擔(dān)心在使用過(guò)程中有甲醛或其它不良物質(zhì)揮發(fā)出來(lái)。如果在制成這些塑料材料時(shí)加入適量微孔硅酸鈣，將揮發(fā)物質(zhì)關(guān)在微孔的牢籠中，就可以高枕無(wú)憂了。

        微孔硅酸鈣用于塑料的要求

        1)可以分散到基體塑料中的粉體顆粒粒徑應(yīng)在20μm以下(過(guò)800目)，不宜過(guò)粗，但也不宜過(guò)細(xì);

        2)水份含量小于5%。因干燥涉及到成本，對(duì)其水份的要求要適度，盡量在使用工藝上予以彌補(bǔ);

        3)非微孔結(jié)構(gòu)的其它粉體(在制備過(guò)程中未去除干凈的雜質(zhì)應(yīng)少于1%);

        4)pH值在8左右，盡量將堿分離干凈;

        5)白度盡可能高，至少大于90度;

        6)微孔的孔容和孔徑要最大限度地保持，可根據(jù)不同用途分出等級(jí)。

        在價(jià)格方面，做為功能性粉體材料當(dāng)然不能和普通粉體材料相比，但價(jià)格過(guò)高將影響使用的積極性。對(duì)于干燥程度達(dá)到使用要求的微孔硅酸鈣粉體材料最好售價(jià)低于2000元/噸。

        借鑒硅藻土的使用經(jīng)驗(yàn)，拓展微孔硅酸鈣的應(yīng)用領(lǐng)域，做為微孔材料，硅藻土的應(yīng)用歷史悠久，應(yīng)用技術(shù)也很成熟，不妨予以借鑒。

        展望
 
        在塑料中使用微孔硅酸鈣的應(yīng)用研究正在進(jìn)行之中，也取得很多令人鼓舞的成果?？梢灶A(yù)見(jiàn)幾年之內(nèi)將形成數(shù)以幾十萬(wàn)噸的市場(chǎng)需求，而它的合理使用，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都是極為顯著的。

        人工合成微孔硅酸鈣是塑料添加劑領(lǐng)域的創(chuàng)新，也將給改性塑料學(xué)術(shù)、技術(shù)上帶來(lái)變革。黨和政府提出創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新是提高社會(huì)生產(chǎn)力和綜合國(guó)力的戰(zhàn)略支撐，必須擺在國(guó)家發(fā)展全局的核心位置。

        我們所從事的工作正是創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，提質(zhì)增效的現(xiàn)實(shí)行動(dòng)。盡管還有一些困難，但要堅(jiān)定信心，堅(jiān)決地堅(jiān)持不懈的走下去，就一定能夠迎來(lái)微孔硅酸鈣加工制造和應(yīng)用的輝煌，以原創(chuàng)的、自主的自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)引領(lǐng)登上改性塑料領(lǐng)域的制高點(diǎn)，創(chuàng)造出一個(gè)個(gè)奇跡。

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