中国粉体网讯 一般来说，塑料改性技术要比合成一种新树脂容易得多，尤其物理改性，在一般塑料成型加工工厂都能进行，且容易见效，因此塑料改性工作逐渐得到了人们的重视。

物理改性分为填充改性（也可再分为增强改性）、共混改性等。填充改性是指在塑料成型加工过程中加入无机或有机填料，不仅能使塑料制品价格大大降低，对塑料制品的推广应用有促进作用。而且更重要的是能显著改善塑料的力学性能、耐摩擦性能、热学性能、耐老化性能等，例如能克服塑料的低强度、不耐高温、低刚性、易变形、易蠕变等缺点。

1、碳酸钙

碳酸钙是价格最低的填料之一，具有无毒、无刺激性、无气味、白度高、硬度适中等特性。此外，碳酸钙折射率与许多增塑剂、树脂的相近，对填充塑料的着色干扰极小，用量达70%。

碳酸钙硬度较低，大量填充对设备的磨损强度也较小；可改善塑料制品的电镀性能、印刷性能；可以中和氯离子，是PVC次级稳定作用中酸性接受体；塑料受热燃烧时可阻滞烟雾的产生；填充塑料（如PP）时，虽然提高强度、弯曲模量和热变形温度的效果不如滑石粉、石棉，但会使填充PP有较好的抗冲击性能，而且其对尺寸稳定性、刚性、韧性的影响也因粉体指标呈现一定差异性，可以配合多种一起使用。

碳酸钙填料也有不足，如受到酸的作用放出CO₂，并形成可溶性盐类，因而使填料的耐酸性受到影响。如果树脂能充分润湿包裹住碳酸钙粒子，填充塑料还会具有良好的耐酸性；由于还有一定的含湿量，用于对湿热敏感的塑料填充改性时需预先进行干燥处理。

（1）重质碳酸钙：用天然方解石或大理石粉碎研磨而成的一类碳酸钙。其中方解石碳酸钙的碳酸钙含量高达98%以上，白度高，补强效果好。方解石又可细分为大方解石和小方解石两种，主要是按结晶尺寸的大小不同而划分，小方解石碳酸钙的各方面指标不如大方解碳酸钙石好，尤其是因组成中含有游离碳，导致加工中易变成灰白色，但价格略低于大方解石碳酸钙。大理石碳酸钙的碳酸钙含量稍低，一般在90%左右，补强效果稍差，热加工易轻微变色，但价格低。

（2）轻质碳酸钙：以石灰石矿物为原料经煅烧、消化、重新碳酸化等化学过程制成，优点为组成比较均一，粒度可以达到5μm左右，沉积密度远远小于重质碳酸钙，填充制品的相对密度也略小于重质碳酸钙，因此称为轻质碳酸钙。

轻质碳酸钙的缺点为加工中易变色，价格也略高于重质碳酸钙，加上粉体生产过程中有一定环保排放要求，产能受到一些限制。但是轻质碳酸钙在PVC制品中因具有韧性好、辅助吸收HCl提高热稳定性和帮助消除黄色色光等独特性能，未来仍然会有一定的市场。轻质碳酸钙按粒径不同可以分为普通轻质碳酸钙和纳米碳酸钙，两种的生产工艺路线基本相同，只是采用生产轻质碳酸钙相同的工艺进行适当的改进就可以生产纳米碳酸钙。纳米碳酸钙因粒径变得很细，表面极性很强，表面自由能很高，在粒度达到1μm时很容易团聚，达不到预期的改性效果。

2、滑石粉

滑石粉是纯白、银白、粉红或淡黄的细粉，不溶于水，化学性质不活泼，性柔软有滑腻感，是典型的片状填料。片状结构使得滑石粉填充塑料的某些性能得到较大的改善，因此有人把滑石粉看成是增强性填料。在塑料种，滑石粉最主要的效果是可以提高填充材料的刚度和在高温下抗蠕变的性能。其次，滑石粉可以显著提高填充材料耐热性，片状的滑石粉在特定方向上可使热变形温度提高是自然的。

滑石粉因片状结构，一般情况下其补强作用比碳酸钙显著，有利于提高复合材料的刚性和耐热性，其中二氧化硅含量越高，滑石粉的改性效果越明显，但滑石粉填充量大时影响制品的焊接性能。以PP为例，对塑料的改性效果与碳酸钙比较，滑石粉对PP的拉伸强度和刚性较好，而碳酸钙对PP的冲击强度和断裂伸长率较好，弯曲强度和弯曲模量两者都提高。滑石粉在PP改性中应用最多，一般与弹性体材料复合加入，在增韧同时增加刚性。

因滑石粉具有某些特殊性能，可以作为功能填料而使用。例如，滑石粉对波长为7～25μm的红外线有阻隔作用，可用于农用大棚夜间保温。再如，滑石粉可作为PP的成核剂，还可用于PO类薄膜的滑爽剂。又如，对于二氧化硅含量较高的滑石粉，因折光指数与聚乙烯接近，可以用于HDPE作透明填料。在具有散光、阻隔红外线功能的各种含硅元素的填料（如云母、高岭土等）中，滑石粉效果虽不是最佳的，但价格却是最低廉的。

3、高岭土

普通高岭土在塑料中不常用，一般只用煅烧高岭土。作为塑料填料，高岭土具有优良的电绝缘性能，可用于聚氯乙烯等聚烯烃绝缘电线包皮，聚乙烯、聚丙烯电缆、薄膜复合材料。例如在聚氯乙烯中加入重量为10%的高岭土，可提高电绝缘性能5～10倍。

高岭土作为聚丙烯的结晶成核剂，效果较好。在高密度聚乙烯中添加40%的高岭土，则拉伸强度为21MPa，拉伸弹性模量为1370MPa，伸长率为60%，热变形温度为96℃。有时要用各种化合物对高岭土表面进行亲油性处理，以改善与塑料的亲和性能。如用叠氮硅烷处理高岭土，可提高填充量，改善聚合物的性能。

如高岭土在聚乙烯中的掺入量为6%～8%，经处理后可达到20%～40%。在聚丙烯中，高岭土的掺入量为6%～8%时，经处理后则可达到50%。其它性能也有很大提高，如在聚丙烯中掺入40%的用叠氮硅烷处理过的高岭土，拉伸强度由原来的22.9MPa增加到30.4MPa，弯曲强度由原来的44.7MPa增加到58.1MPa，热变形温度由原来的70℃提高到75℃。

4、硅灰石

硅灰石作为填料在塑料中的作用主要是用来提高拉伸强度和弯曲强度，主要用于PP和PA制品的补强填充。如能在加工中保持此长径比，其补强作用明显，可提高复合材料的拉伸强度（达60MPa以上）和挠曲强度（达90MPa以上），并可代替部分玻璃纤维用于增强材料。除需要补强场合外，硅灰石在塑料中应用不多，主要原因为多数硅灰石在塑料加工温度下颜色变灰，另外长径比在加工中很难保持。

5、硫酸钡

合成硫酸钡的比表面积大，作为塑料填料可使制品表面平滑，且光泽性好。在酚醛树脂中添加硫酸钡，可改良硬度，并能提高耐酸性。因硫酸钡不影响X光显影，故常用于医疗卫生器械，可提高耐药品性，增加制品密度，减少制品的X光透过率。在塑料中填充硫酸钡的成型加工条件与碳酸钙填充时基本相同。

硫酸钡用于塑料的填充复合材料主要用于几个特殊领域，具体如下：

（1）提高表面光泽度：硫酸钡表面光泽高于其他填充材料，在填充复合材料中光泽度最高。

（2）提高制品密度：利用其密度高，制造高密度塑料制品如音箱和渔网坠等。

（3）吸收X射线和γ射线：制作防辐射塑料制品。

（4）用之于吸音材料：硫酸钡的密度高，因而具有优异的吸音性能，常用于音箱壳体材料填充。

（5）塑料的透明填充母料：合成硫酸钡容易制成纳米材料，当其粒径小于可见光波长400nm时，常用于塑料薄壁制品的透明填充。

（6）部分替代颜料：硫酸钡对各种颜料的反射率、透过率及着色力都会有一定的改善，对不同颜料的改善效果不同，因此可以替代二氧化钛或颜料用于普通塑料，减少颜料的添加量。

结语

常见非金属矿物粉体填料在塑料领域应用已经有很长的一段时间，技术相对比较成熟。从新材料绿色和高附加值的发展趋势来看，常见非金属矿物粉体材料仍有较大的价值，其降本作用和材料替代作用始终被企业所重视，但对更进一步的功能性提升依旧有很大上升空间。

参考来源：

杨明山著塑料改性工艺、配方与应用（第二版）化学工业出版社

李建军主编塑料配方设计（第三版）化学工业出版社

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(中国粉体网编辑整理/昧光)

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