（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）我國塑料加工業(yè),“十五”計劃產(chǎn)量將達2500萬(wàn)噸以上， 所需非金屬粉體的填加量應在總產(chǎn)量的10 %以上， 達250萬(wàn)噸。但隨塑料行業(yè)進(jìn)入從數量主導型向質(zhì)量、品種、效益為主導的產(chǎn)業(yè)結構過(guò)渡和升級的階段， 對所需填加的非金屬粉體的性能要求也就越高。其中超細改性非金屬粉體與載體樹(shù)脂加工成的塑料制品用的功能填充母料，就是非金屬粉體深加工重要的一部分。
在塑料加工業(yè)所使用的樹(shù)脂中，除聚氯乙烯樹(shù)脂外的多數塑料制品的原料。 都是幾毫米的顆粒料，而超細的非金屬粉體只有幾微米， 兩者的體積差別大、密度相差懸殊， 很難混勻。而且擠出機和注塑機對物料是沿軸向運動(dòng)的加工設備， 進(jìn)入的物料在軸向方向的混勻性很有限，加之加工設備的震動(dòng)、樹(shù)脂顆粒上浮，造成料斗下料時(shí)組份不勻， 產(chǎn)生離析。由此必將造成成型的塑料制品中組份不勻。 這不僅使材料性能得不到保證， 且由于物料組份的波動(dòng)， 很難實(shí)現穩定的加工成型。而采用母粒法可得到組份均一的成型制品。 也可實(shí)現加工成型的穩定性。
1 超細非金屬粉體母粒加工
所謂非金屬粉體母粒， 就是將所要填加的某種非金屬粉體與適當比例的載體樹(shù)脂混合、混煉、造粒, 制成與塑料制品的基體樹(shù)脂體積相近的顆粒。非金屬母粒由載體樹(shù)脂、非金屬粉體和助劑三大部分組成。在母粒加工前, 應用表面改性劑對超細非金屬粉體進(jìn)行表面改性， 以增強其分散性, 提高與樹(shù)脂的交聯(lián)性等。
1.1 超細非金屬粉體和載體樹(shù)脂的選擇
超細非金屬粉體的母粒加工, 應根據塑料制品的技術(shù)性能要求來(lái)選擇非金屬粉體, 要求它能在塑料制品中起到一定的功能性作用。如用煅燒高嶺土, 可加工成保溫母粒、電纜母粒；重鈣粉體可加工成降解母粒、填充母粒, 滑石粉和煅燒硅酸鋁能加工成工程塑料用母粒, 氫氧化鋁和氧化鎂粉體可加工阻燃母粒等。一般選擇非金屬粉體的粒度在1250 目以上, 加工成母粒后, 應用到塑料制品中能起到功能性的作用, 好于400 目的非金屬粉體母粒的效果。
載體樹(shù)脂的選擇, 應先根據非金屬母粒應用于某種塑料基體樹(shù)脂的制品, 來(lái)確定和采用其同類(lèi)的樹(shù)脂做為載體樹(shù)脂, 以使母粒與基體樹(shù)脂有良好的相容性。一般應選擇熔體流動(dòng)速率高、熔點(diǎn)較低的樹(shù)脂, 特別是載體樹(shù)脂的熔融粘度, 應盡可能與所要填充的基體樹(shù)脂接近, 也可將兩種樹(shù)脂復合后作為載體樹(shù)脂使用。
1.2 超細非金屬粉體表面改性
由于非金屬粉體與有機高分子樹(shù)脂的極性不同, 相互之間的親合性差, 加之超細非金屬粉體之間也存在著(zhù)團聚等問(wèn)題,造成在載體樹(shù)脂中的分散不均勻。因此, 首先應對超細粉體進(jìn)行表面改性, 降低其表面能, 解決其團聚問(wèn)題, 增強與樹(shù)脂的交聯(lián)性和粉體的分散性。粉體的表面改性分為濕法和干法, 一般常用干法。
干法工藝簡(jiǎn)單、成本低, 與濕法改性的效果相差不大。而濕法改性工藝較復雜、成本較高, 但改性的質(zhì)量要好于干法。濕法表面改性, 一般在池或槽內用攪拌機攪拌改性, 也有濕法改性的專(zhuān)用設備。表面改性時(shí)所需的改性劑用量較大, 在漿液中達到一定的濃度時(shí)才能得到好的改性效果, 而后還要進(jìn)行脫水和干燥等工序。在干燥時(shí), 溫度過(guò)高對改性的效果也有一定的影響。所以, 在使用干法改性能達到要求的情況下, 均宜采用干法改性。干法表面改性, 一般可用高速捏合機和改性機組進(jìn)行。
采用高速捏合機時(shí), 加入一定量的粉體, 在葉片的高速轉動(dòng)下, 高速旋轉的物流撞擊到折流板上, 改變物料流向, 可提高物料的混合和分散效果。當溫度升高后， 加入助劑， 然后加入改性劑， 再經(jīng)一定時(shí)間的高速攪拌， 即可達到表面改性的目的。
采用連續式改性機組時(shí), 一是將粉體和改性劑同時(shí)按一定比例送入SLG 三筒連續改性機組改性腔中, 在高速轉子帶動(dòng)下, 它們呈流化態(tài)狀態(tài)旋轉,充分混合并強制表面改性;另一是將原料加熱后輸送到PSC 連續改性機組霧化室, 改性劑以霧化狀態(tài)與物料接觸, 它們充分混合, 進(jìn)入主機后, 在攪拌棒的高速攪拌下, 對物料充分接觸攪拌, 從而達到表面改性的目的。
經(jīng)表面改性后的非金屬粉體分散到樹(shù)脂中后,在該區域樹(shù)脂-改性劑-非金屬粉體之間可產(chǎn)生一種良好的界面結合, 這主要是改性劑在其中起到了一種橋梁作用。所以表面改性劑和助劑的選擇, 是粉體表面改性的重要一環(huán)?？筛鶕煌牡V種和用途等, 選擇改性劑和助劑:一般硅酸鹽類(lèi)粉體, 宜選用硅烷偶聯(lián)劑;碳酸鹽類(lèi)粉體, 宜選用鈦酸脂或鋁酸脂偶聯(lián)劑。一般改性劑的用量, 可根據粉體的改性用量、比表面積及改性劑最小包覆面積算出, 一般用量是基料的0.3 %～ 0.5 %。
1.3 超細非金屬粉體母粒加工
將改性粉體與所選的載體樹(shù)脂, 按所需比例加入高速捏合機中, 同時(shí)加入其它助劑, 進(jìn)行攪拌混合, 混合后即可用于母粒加工。一般超細非金屬粉體的母粒中, 載體樹(shù)脂占
10 %～ 50 %。
母粒加工設備:最佳選擇應是同向雙螺桿擠出機。它的特點(diǎn)是連續、密閉、產(chǎn)品質(zhì)量穩定、生產(chǎn)效率高。同時(shí)螺桿上混合、塑化、混煉功能的螺紋, 是根據需要制成組合的塊狀元件, 稱(chēng)之為積木組合式螺桿。
混配好的混合料送到擠出機的料倉, 然后進(jìn)入主機, 進(jìn)行混合、塑化、混煉、擠出、熱切、風(fēng)冷(或拉條冷切)等工序, 即可生產(chǎn)超細粉體的母粒產(chǎn)品, 也可據塑料制品的技術(shù)性能要求, 加工出其它各種專(zhuān)用系列的母粒。
母粒加工時(shí)要根據不同比例的配料量以及樹(shù)脂的技術(shù)參數, 選擇不同的加工溫度及螺桿的轉速等。螺桿擠出機的排氣口最好使用真空泵排氣, 并宜安裝兩個(gè)排氣口。這主要是考慮到物料在螺桿與筒體之間熔融、剪切、混煉、擠壓過(guò)程中溫度升高后, 將產(chǎn)生許多氣體(包括水蒸氣、低分子物的氣體等), 若不及時(shí)排出則易使有用的物料降解、性能變次, 降低產(chǎn)品質(zhì)量, 同時(shí)生產(chǎn)出的母粒易產(chǎn)生小氣孔, 直接影響到塑料制品的質(zhì)量。
2 超細非金屬粉體母粒的應用效果
一般用400 目非金屬粉體加工的母粒, 是以填充料在塑料制品中應用, 只是能達到增量和降低成本的效果, 難以滿(mǎn)足很多塑料制品的功能性的要求。而用超細非金屬粉體加工的母粒, 以中間產(chǎn)品的方式彌補了這些缺陷, 且能起到較好的功能性的作用。
三種粒度(μm)的重鈣母粒填加到PE 樹(shù)脂中,吹膜后的拉伸強度(縱/橫)/MPa :38 , 21.3/20.2 ;10 , 30.2/29.1 ;5 , 33.2/32.3 。
三種粒度的重鈣母粒填加到PE 樹(shù)脂中, 壓片后的試驗結果繪制的不同粒度和不同填加量與PE沖擊強度的關(guān)系, 見(jiàn)圖1 。
三種10μm粉體母粒填加到PE 樹(shù)脂中, 吹膜后的遠紅外線(xiàn)阻隔率(%):空白, 50；碳酸鈣, 61；遠紅外線(xiàn)陶瓷粉, 72；高嶺土, 86 。用5μm 硅鋁炭黑加工的母粒填加到聚丙烯中的試驗數據:拉伸強度, 23MPa；斷裂伸長(cháng)率, 163 %；沖擊強度, 69kJ/m2；硬度, 65 。
用非金屬粉體和載體樹(shù)脂可加工出多種類(lèi)的功能母粒, 這主要是根據非金屬粉體的一些獨特的功能性來(lái)加工出塑料制品所需的功能母粒, 以提高塑料制品的性能。
結論：
用小于10μm 的非金屬粉體加工的塑料用母粒, 填加在塑料制品樹(shù)脂中可起到一定的功能效果。在加工過(guò)程中, 首先要對粉體進(jìn)行有針對性的表面改性, 以提高其分散性和功能性;其次要根據不同比例的配料量以及樹(shù)脂的技術(shù)性能要求, 來(lái)選擇加工不同功能的母粒。另外, 母粒的加工還應與各類(lèi)高聚物的混合改性相結合, 適應和進(jìn)一步提高高聚物共混性和功能性。
超細非金屬粉體母粒加工, 是非金屬粉體深加、工重要的一部分。特別是在塑料行業(yè)向質(zhì)量、品種、效益為主導的產(chǎn)業(yè)結構過(guò)渡和升級的階段, 非金屬行業(yè)應與其配合, 使非金屬深加工也能進(jìn)一步向高質(zhì)量、高技術(shù)、高附加值及多功能化轉化。
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