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無水硫酸鈣粉體填料在塑料中應用綜述

塑料制品與人們的生活息息相關，許多領域中都要應用到塑料制品。但是不同領域對塑料的性能要求不同，這就需要人們往塑料里添加某些物質來改變塑料的性質。

在塑料制品（或材料）成型或加工過程中，有相當一部分產品要使用粉體填料這已是不爭的事實，一方面合理恰當的使用相對廉價的粉體填料可實現增量，降低原材料成本的目的；另一方面也是目前備受關注的按人們的愿望改善某些方面的物理化學性能或賦予其新的功能，從而使粉體填料從單純的增量劑變為改性劑和功能劑^[1]。

1. 無水硫酸鈣粉體填料在塑料中的用途

無水硫酸鈣粉體填料在塑料中的用途主要有以下幾種：

1.1硫酸鈣在聚乙烯（PE）中的應用

聚乙烯（PE）材料中應用較多的填料是碳酸鈣和滑石粉，硫酸鈣在聚乙烯材料中應用的也較早，其于碳酸鈣和滑石粉相比，具有比重輕、白度高、硬度低、綜合性能優良等特點，可作為短纖維型功能性塑料填充劑；硫酸鈣/高密度聚乙烯填充體系屬假塑性非牛頓流體，粘度低、流動性好、易于成型加工；硫酸鈣與聚乙烯屬不相容填充體系，體系中各組分的 分解溫度均未發生變化，增加硫酸鈣含量可使體系的維卡軟化點漸有提高；硫酸鈣可影響聚乙烯球晶的形成，使基材的韌性增加^[2]。

1.2硫酸鈣在聚氯乙烯（PVC）中的應用

硫酸鈣在PVC中應用也有相關的研究，在楊森^[3] 的研究中將硬石膏和碳酸鈣、滑石粉、硅灰石比較，并對硬石膏用不同方法改性填充于PVC材料中得到如下結論：硬石膏應用于PVC在力學性能方面比碳酸鈣有優勢。經過適當的改性硬石膏克用作塑料填料，并且有良好的機械性能，并且完全可以應用于PVC^[3]。

1.3用于不飽和聚酯（BMC）制得微波爐餐具中

其耐食醋性能比碳酸鈣的好，比重比硫酸鋇輕^[4]。

1.4用于片狀模型塑料（SMC）中

提高其抗沖擊強度和壓縮強度^[4]。

1.5部分取代鈦白粉用作塑料中的白色顏料

優質無水硫酸鈣粉體白度值可高達97以上，折射率為2.0（接近鈦白粉白度），著色效果好，可部分代替鈦白粉做白色顏料使用。

1.6代替煅燒高嶺土、沉淀硫酸鋇和代替部分玻纖等材料，作增強增韌改性填充材料。

對制品的強度、剛性、表面硬度、耐酸性、耐候性、熱穩定性等均有所提高，其改性填充效果要明顯優于同類改性材料。

2. 無水硫酸鈣粉體材料在塑料制造中應用面臨的問題

無水硫酸鈣粉體填料加工應根據應用要求做出相應變動，因此有必要將無水硫酸鈣粉體填料在塑料中應用所面臨的幾個問題提出來討論。

2.1無水硫酸鈣粉體填料是否越細越好

從理論上講，填料與基體高分子材料的重量比一定時，填料的粒徑越小，填充材料的力學性能越好，但這要以填料的集中分散均勻且填料顆粒與高分子材料之間有良好的界面為前提^[1]。另一方面，填料顆粒越細，對其加工的技術及設備裝備水平要求也越高，所耗能量越多，價格也會相應的上漲。再者填料顆粒越細，由于物質表面性質所決定就約容易凝聚在一起，如果在塑料基體中不能分散開來，而是以凝聚體（團粒）狀態存在，那將成為填充料中最薄弱的環節，成為引起材料破壞致命的缺陷，還不如使用和團粒尺寸同樣大小的粗顆粒做填料^[1]。

2.2是否一定需要表面處理

對粉體填料要不要進行表面處理，使之表面活化或有機化，應當說是需要進行表面處理的。但也要看到在許多情況下，粉體填料不進行表面處理照樣可以在塑料中使用，反過來經過表面處理的粉體填料其填充塑料的性能并沒有顯著提高。例如在軟質聚氯乙烯塑料制品中可以直接使用不經表面處理的粉體填料，如人造革、鋪地材料、鞋底等，一方面這些軟質聚氯乙烯中存在著品種不一的增塑劑，它們在塑料加工過程中可以浸潤粉體填料，實現對填料顆粒的包覆，填料事先不進行表面處理并不影響后期加工，另一方面某些塑料制品的使用性能對材料本身的強度，抗沖擊性能等指標要求不高，因此對粉體填料要不要進行表面處理必須具體問題具體對待^[1]。

3. 粉體填料改性塑料的影響因素

3.1粉體粒徑的影響

填料粒徑是影響填充效果的一個重要因素。一般大粒徑粒子盡管能提高體系的硬度和剛性，卻損害了強度和韌性；粒徑越小增韌效果越顯著^[6]。可以根據不同的需要來選擇合適的粒徑。

3.2 粉體形狀的影響

粉體顆粒形狀有球狀、立方體狀等同向性狀態。顆粒形狀對塑料的填充性能有重要影響，一般纖維狀、薄片狀填充料加入塑料中，塑料的加工性能不太好，但機械強度很高，球狀填充劑的效果則剛好相反。因此，應跟據需求來選擇填充劑粉體的形狀^[6]。

3.3粉體填料含量的影響

填料的濃度對填料的填充效果也有重要影響，填料的含量不同，制品顯現出來的力學性能和物理機械性能就不一樣^[5]。

4.無水硫酸鈣同其它粉體填料的性能差異

我國硫酸鈣（石膏）礦的儲量豐富，在世界各國儲量的前列。其作為無機非金屬礦的一種，同碳酸鈣、滑石粉、石英等一樣也有廣泛的應用。填料的大多數性質都是有其本身的結構、組成等決定的。下表是幾種常見的填料基本特性的對比[6]：

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參考文獻：

[1] 劉英俊.粉體填料在塑料中的應用現狀及面臨問題[J] .塑料加工，2002，35（1）.

[2] 揣成智,張啟麗.合成硫酸鈣在填充PE中的應用研究[J].中國塑料,1990, 4(2):64—69.

[3] 楊森.聚合物/硬石膏復合材料性能研究[D].合肥工業大學,2007.

[4] 蘇成.硫酸鈣填料[J] .化工工業，1986，（5）：74-76.

[5] 何益艷，杜仕國.無機填料的改性及其在復合材料中的應用[J] .化工新型材料，2001，29（12）：16-17.

[6] 程斌,于運花,黃玉強.填料手冊第二版[M].中國石化出版社,2003.