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滑石粉的改性及应用

滑石粉的性质 滑石粉是一种水合硅酸盐，其化学式是3MgO· 4SiO·H20，其结晶形状可为片状、(层状)、叶状、针状或块状，纯滑石的结构由一层水镁石(氢氧化镁MgO·H2O)夹于两层二氧化硅之间构成，层间彼此叠加，相邻的滑石层依靠弱的范德华力结合。当对其施加剪切作用时，很容易发生层间的相互滑动，滑石粉对大多数化学试剂显现惰性，与酸接触不分解，是电的不良导体，导热性低且耐热冲击性高，加热到 9000℃的高温仍不分解，滑石的这些优良性质使得其成为一种很好的填充剂，可用于填充塑料或用于涂料的填加剂。

改性的必要性

1) 滑石粉填充塑料，可改善制品的刚性、尺寸稳定性、润滑性，可防止高温蠕变，减少对成型机械的磨损，可使聚合物在通过填充提高硬度与抗蠕变性的同时抗冲击强度基本不变。如果处理得当，其可使聚合物的耐热冲击强度提高，可改善塑料的成型收缩率，制品的弯曲弹性模量及拉伸屈服强度。滑石粉的价格低廉，使之适用于作为增量剂(复合物价格较低而树脂的物理性能下降极小)，同时，滑石粉的片状结构或纵横比高又使之适用于作为增强剂(提高复合物的机械性能)。

2) 因为滑石粉具有良好的悬浮性和易分散性且磨蚀性低，滑石粉可作为涂料的填充剂，片状粒子结构的滑石粉可使涂膜具有很高的耐水性和瓷漆不渗性，主要应用于底漆和中间涂料；纤维状粒子结构的滑石粉因吸油量高且具有良好的流变性，使得涂料的储存稳定性得到改进.并可使涂料的流变性及流平性得到很好的改善，同时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与填料复合物两相体系界面之间通过不同的化学键 (包括氢键、极性链)形成表面碇系效应，体系中的填料粒子界面张力在复合物界面上形成空洞，缝隙之间进行填充，在其与填料进行掺混过程之中易于进行力和能量传递而形成良好的分散，从而达到提高制品的机械化学性能的目的。

应用于塑料方面

1) 应用于PP料方面：这方面的应用是现在研究的最广的，也是应用的最多的。现在广泛应用于汽车的零部件上，例如汽车的保险杠、发动机周围零部件、空调零件、仪表盘、车灯、底盘、踏板等零部件。另外，还应用于改善PP料的各项力学性能，赋予材料新的性质， 例如用32%的滑石粉填充PP料,可提高 PP料的机械强度，用于生产洗衣机的配件，生产的建筑排水管件，具有表面光洁度高、韧性好、热变形温度高、尺寸稳定性好等的特点，得到了广泛的应用。以下分别进行论述：

a) 在汽车方面的应用：无论哪个国家，PP料占汽车中所用塑料总量中的最大比例，例如欧洲是 28.1%，日本是28.8%，其原因是PP料来源广泛，密度小，并可通过改性提高其的物理化学性质，可以在不降低机械性能的前提下降低成本，减轻重量，降低油耗。例如用滑石粉填充的PP料注射成型的汽车用冷却风扇，不但重量轻，噪音降低，而且提高了冷却效率。在填充料方面，滑石粉是最好的选择，原因是滑石粉的微观结构是片状的，由于它的这种特殊结构，与颗粒状填料相比，具有明显的增强作用，尤其是在PP料中加入时滑石粉的成核作用使拉伸屈服强度和刚性明显提高，使得滑石粉-聚合物(PP料)具有一系列优良的机械力学性质，可代替ABS、尼龙和改性PPO等工程塑料，滑石粉增强的PP不仅刚度和韧性之间的关系均衡，而且表面硬度高、抗刮伤性好、纹理美。例如在国外，美国的HPM公司用20%的滑石粉填充的PP料制成168m2,5kg的蜂窝状的吸音天花板和轿车的摇窗升降机：日本的三菱以及德国的奥迪公司使用EPDM和滑石粉联合填充PP料用于制作汽车用的保险杠等。国内，成都有机硅研究中心为桑塔纳轿车成功地研究出用于摇窗机卷筒外壳和电器插件外壳用的滑石粉填充的PP料；燕山公司研制出的车门内衬板用的滑石粉填充的PP 料以及化工部南通合成材料厂为上海大众汽车公司研制的替代VW4405PP6(德国改性PP 料，用于生产空气滤清器)的滑石粉填充的PP料等。其它方面如仪表盘、底盘、踏板等亦有广泛应用。另外，现在将改性后的滑石粉用于SMC料中也在研究中，如果研究成功，大幅度地降低汽车的自重以减低油耗。

b) 应用于家电方面：在我国，PP料以通用型的为主，高强的以及耐冲击的高性能的PP 料很少，这与国外的情况相比差距很大。用滑石粉填充PP料可明显提高PP料的耐冲击击性、耐热性、耐腐蚀性，主要应用于生产洗衣机等家电，其中洗衣机是用量最大的。例如济南塑料制品厂以合适的工艺及配方制出的滑石粉填充的PP料应用于济南洗衣机厂的滚筒洗衣机的配套件生产，其制品经检验完全合格。

c) 应用于其他塑料方面：因为滑石粉填充塑料不仅可提高制品的刚性，改善尺寸稳定性、润滑性，还可减少对成型机械和模具的磨损，故其还可用于其他塑料如PE、PVC、ABS以及尼龙等。例如，用滑石粉填充ABS和尼龙，可改善ABS及尼龙的绕曲模量。重庆合成化工厂就使用纤维含量较高的滑石粉填充PVC,对PVC进行改性，而后用改性了的PVC生产出了各方面性能俱佳的PVC地砖。

d) 应用于涂料方面 众所周知，滑石粉具有层状结构，在受到剪切力的作用下层间会发生滑动，去外力后，层间又具有回复的趋势。同时滑石粉具有片状结构，因此，具有较高的长径比。在复合材料中可有效地提高复合材料的剪切模量及屈服应力值。涂料本身是一种广义上的复合材料，之所以是以液体形式出现，是为了方便其施工。在溶剂挥发后，墙体表面的涂料实质是一种复合材料。涂料在施工过程中属于假塑性流体，既是当剪切力增加时其动度下降的一类非牛顿型流体，因此，有效分散并与涂料树脂完全润湿的滑石粉可有效地改善涂料的流变性。根据流变模型，可将施工过程中的涂料看作是由许多厚度为dh的薄层所组成，在外力作用下薄层之间发上滑动在滑石粉有效润湿并完全分散的前提下因滑石粉的层间内聚力大于涂层间的内聚力使得薄层间发生界面滑动的屈服应力提高，在流变模型中，黏度提高，当外力增加时，其内部结构部分被破坏，黏度下降，在外力消失后，滑石粉层间的回复的趋势又使得涂料的黏度部分提高，表现出了类似触变性流体的性质，在其它助剂的辅助下可达到较理想的流变性质。涂膜施工完毕至完全干燥的过程中，滑石粉的片状结构可有效地改善涂膜的流平性。当涂膜完全干燥后，滑石粉因其较高的长径比，可赋予涂膜以较高的抗冲击强度和断裂韧性。滑石粉在干燥的涂膜中的作用类似在高分子复合材料中的作用。