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沐和粉

沐和粉(硅鈣復合粉體)的特性及在塑料中的應用

沐和粉是以位于安徽宿松縣境內的礦山產出的礦石為原料,經最先進的氣流粉碎研磨設備和獨特工藝加工制成的微細粉體材料。該種礦石是硅(Si)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、氧(O)等化學元素復合而成的共生礦物。經嚴格檢驗,礦石中不含石棉且重金屬含量極低(5ppm以下),是有著廣泛應用前景的天然非金屬礦物。

為判斷該硅鈣共生礦石加工成粉體后能否應用于
塑料
加工行業,我們對產品進行了全面的性能測試,并分別在汽車、家電零部件改性聚丙烯專用料、HDPE雙壁波紋管增剛母料和聚乙烯吹塑薄膜用填充母料等改性母料及專用料中進行了應用試驗。

試驗及測試結果表明,沐和粉(硅鈣復合粉體)具有傳統滑石粉同樣的增剛改性效果,而且加工流動性好、有良好的色澤和外觀,是一種適合在塑料制品中使用的新型礦粉,具有廣泛的應用前景和推廣價值。

沐和粉(硅鈣復合粉體)的技術特性

礦物組成

沐和粉(硅鈣復合粉體)由硅、鈣等化學元素組成的復合共生礦物加工而成,按照傳統的礦物組成觀念。國家建筑材料工業地質工程勘查研究院測試中心的檢測結果如表1如示。

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化學元素分析

沐和粉(硅鈣復合粉體)所含化學元素為硅(Si)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、氧(O),取自不同礦點的礦石加工而成的粉體其幾種元素的含量也不盡相同。采用掃描電子顯微鏡—能譜儀對宿松三個礦點的化學元素種類及含量進行了定量分析,結果表明三個礦點樣本中的氧(O)元素含量基本相同,約為64~65%,其它Si、Ca、Mg三種元素總和為35~36%,只是三種元素的比例略有變化,而典型的滑石粉樣本中只有Si、Mg和O三種元素,不含有Ca元素。宿松三個礦點樣本的Si、Ca、Mg三種元素的含量比例如表2所示。

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粉體顆粒幾何形態

寧波益可達新材料有限公司對沐和粉(硅鈣復合粉體)三種樣本用掃描電鏡進行了觀察拍照,并和傳統滑石粉的電鏡照片進行了對照。他們認為沐和粉三個樣本的顆粒形態基本一致,呈不規顆粒狀,其中含有一定比例的片狀顆粒,而做為對比樣的滑石粉顆粒為具有一定長徑比的棒狀結構體,片狀顆粒數量很少。

北京石油化工學院提供的沐和粉顆粒及遼寧海城滑石粉顆粒的掃描電鏡照片也表明,取自不同礦點礦石加工而成的、顆粒粒徑1250目或2500目的沐和粉(硅鈣復合粉體)都呈現出一定比例的片狀結構體,而遼寧海城二氧化硅(SiO2)含量高達50~60%的滑石粉(通常以SiO2含量高低做為評判滑石粉檔次的依據)反而呈現出“球狀或片狀”微細顆粒組成的松散聚集體,其片狀結構特征遠不如沐和粉(硅鈣復合粉體)。

粒度及粒徑分布

宿松沐和礦業有限公司采用具有國際先進水平的氣流粉碎研磨設備將天然復合共生的硅、鈣、鎂、氧等元素組成的礦石加工成粒徑微細的粉體,極大限度地保留了對粉體材料增強起至關重要作用的片狀結構,而且由于粉碎研磨設備先進,工藝技術得當,所得到粉體粒徑最大值得以精確控制,粒徑分布窄,對粉體在塑料材料中發揮填充改性作用十分有利。

寧波益可達新材料有限公司對三種沐和粉顆粒粒徑大小及分布測試結果如表3所示。

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寧波益可達新材料有限公司的試驗評價報告指出,沐和粉(硅鈣復合粉體)三個樣本的粒度約為7~9μm,粒度分布幾種樣本中除沐和粉3#較窄外,其它兩種和對比用滑石粉相似。

密度

寧波益可達新材料有限公司對沐和粉(硅鈣復合粉體)及對比用滑石粉的真實密度和堆積密度進行了測試,其結果見表4。

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從表4數據看出沐和粉(硅鈣復合粉體)與該公司在線使用的滑石粉相比,堆積密度稍大一些,而真實密度除3#粉稍低外,另外兩種(1#和2#)粉基本上與對比用滑石粉相同。

白度

寧波益可達新材料有限公司對沐和粉(硅鈣復合粉體)的白度進行了測試,結果表明所有沐和粉(硅鈣復合粉體)的白度都高于對比用滑石粉的白度(見表5)。

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吸油值

吸油值是指在規定的測試條件下100g粉體所能吸附的試劑的數量。填充的塑料不同種類和不同用途時,所希望的粉體材料吸油值大小可以不同。對制作聚烯烴塑料改性填充母料或改性專用料而言,粉體的吸油值宜低不宜高。寧波益可達新材料有限公司對沐和粉(硅鈣復合粉體)及對比用滑石粉的吸油值進行了測定,結果如表6所示。

從表6數據可知,沐和粉(硅鈣復合粉體)與在線使用的滑石粉具有同檔次吸油值。

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粉體表面處理

參與本試驗評價工作的三個單位分別使用了鋁酸酯偶聯劑和硅烷偶聯劑對沐和粉(硅鈣復合粉體)進行表面處理,結果表明按照正在生產中使用的滑石粉表面處理工藝,可以得到與滑石粉表面處理相同的活化結果。

沐和粉(硅鈣復合粉體)在汽車、家電零部件用改性聚丙烯專用料中應用的可行性

廣東天保新材料有限公司是專業生產汽車保險杠等汽車零部件用改性聚丙烯專用料的企業,長期使用遼寧海城知名企業的滑石粉產品,應宿松沐和礦業公司要求,該公司將沐和粉(硅鈣復合粉體)代替在生產中使用的海城產滑石粉,在完全相同的配方和加工工藝條件下進行混煉造粒,其改性聚丙烯材料的性能如表7、表8所示。

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廣州市聚賽龍工程塑料有限公司是一家專業生產家電零部件用改性塑料專用料的企業,改性用的滑石粉產自廣西龍勝,是國內著名的滑石礦產地,其SEION滑石粉為二氧化硅含量高的高檔粉體產品。該公司在相同條件下將沐和粉等量代替SEION滑石粉,在均聚聚丙烯和共聚聚丙烯樹脂中應用,改性聚丙烯塑料材料的力學性能見表9、表10.

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從上述幾個表中的數據可以看出,沐和粉可以替代傳統滑石粉在汽車、家電零部件用改性聚丙烯專用料中使用,而且在新料、回料、均聚樹脂、共聚樹脂做為基料時都表現出同樣的改性作用。

沐和粉(硅鈣復合粉體)在HDPE波紋管中應用的可行性

寧波益可達新材料有限公司是為HDPE雙壁波紋管制作增加管材環剛度的改性母料專業生產企業,長期使用國內著名產地和廠家的滑石粉做為增剛改性母料的主要成分。該公司在全面剖析沐和粉(硅鈣復合粉體)的技術特性后,在同樣條件下,對沐和粉與在線使用的滑石粉在HDPE雙壁波紋管增剛改性母料中的增強效果進行了試驗和測試,結果如表11所示。

從表11的數據可以看出,在同樣條件下,用沐和粉(硅鈣復合粉體)等量替代正在生產中使用的滑石粉,所得的填充HDPE塑料的性能大體相當,沐和粉填充的HDPE塑料呈現出比傳統滑石粉填充的HDPE塑料更高的斷裂伸長率和缺口沖擊強度,熱變形溫度也更高一些。

該公司將上述礦粉在同樣條件下制成含量為80%的填充母料,在按礦粉最終在HDPE管材中含量為20%的比例填加到HDPE樹脂中制成波紋管,按照GB/T 9647-2003《熱塑性塑料管材環剛度的測定》標準進行測試,四種礦粉填充的管材環剛度均能達到4級。表明沐和粉(硅鈣復合粉體)完全可以按使用傳統滑石粉的方法在HDPE波紋管中使用。

濰坊玉塑管業有限公司在以回收再生料為原料的HDPE雙壁波紋管中使用以沐和粉(硅鈣復合粉體)制成的改性母料,并與使用碳酸鈣母料的管材進行環剛度對比測試,其結果如表12、表13所示。

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從表12和表13數據可以看出,因所使用回收再生HDPE料有所不同,管材的環剛度值不盡相同,使用礦物粉體材料(重鈣、沐和粉)都可以提高HDPE波紋管的環剛度,在相同條件下,沐和粉對HDPE波紋管環剛度的提高功效更加顯著。

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沐和粉(硅鈣復合粉體)在聚乙烯薄膜中應用的可行性

在聚乙烯薄膜中添加適量的重鈣可以起到節約石油資源,降低塑料薄膜原材料成本,改善其表面印刷性能等多重作用,已得到廣泛使用。

北京大正偉業塑料助劑有限公司以沐和粉(硅鈣復合粉體)為原料替代常用的重鈣粉制成填充母料,再填充到聚乙烯中吹塑成膜,并與同樣條件下制成的重鈣填充母料填充的聚乙烯薄膜進行對比,其結果如表14所示。

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從表14數據可以看到,在相同條件下沐和粉填充的聚乙烯薄膜較重鈣填充的聚乙烯薄膜具有更好的力學性能。以沐和粉為主要成分制成的填充母料因使用的粉體粒徑不同(母料A對應的粉體粒徑為1250目,母料B對應的粉體粒徑為2000目),填充薄膜的力學性能也有差異,粒徑細的沐和粉填充的聚乙烯薄膜力學性能優于粒徑粗的沐和粉填充效果。

沐和粉(硅鈣復合粉體)在塑料加工行業中推廣前景及重要意義

改革開放以來,我國塑料加工業獲得持續快速發展,已成為全世界范圍內的生產大國和消費大國,正在朝著世界強國大步邁進。

我國非金屬礦資源豐富。在塑料中科學地、適量添加非金屬礦物粉體材料具有極其重要的意義,既可以降低原材料成本,又可少用以石油為原料制造的高分子樹脂,還能改善塑料材料及制品某些方面的性能或增加高分子材料本不具有的功能,在當今倡導科學發展觀、實現可持續發展的時代,建設資源、能源節約型和環境友好型社會,非金屬礦物粉體材料在塑料中應用具有廣闊的市場前景和顯著的經濟社會效益。

滑石粉是塑料改性用的重要非金屬礦粉體材料,目前塑料加工行業每年使用1200萬噸非金屬礦粉體材料,滑石粉約占總量25%即達到300萬噸左右。

我國是滑石及滑石粉的重要生產大國,消費大國,同時也是世界上重要的出口大國。由于我國滑石開采歷史悠久,加之多年來的過渡開采,多地傳統滑石產地面臨資源枯竭的局面,尤其是高檔滑石日漸稀少。目前市場上流通的滑石粉已和幾十年前的同類產品在成分上大不相同,而且價格一路飚升,高檔滑石粉售價已從近千元/噸漲到數千元/噸。

滑石的化學名稱為水合偏硅酸鎂,分子式為Mg3Si4O10(OH)2。純滑石中SiO2占63.47%,MgO占31.68%,H2O占4.75%。商品流通過程中往往將SiO2含量當成水合偏硅酸鎂即滑石含量的標志,“SiO2含量越高,則滑石的檔次越高”成為業內共識。

眾所周知,滑石粉在塑料中起到增加材料剛性的作用取決于它的層狀基本結構單元,即兩層由硅(Si)原子和氧原子構成的四面體夾著一層由鎂(Mg)原子、氧原子(O)和羥基構成的八面體。實際上顆粒的這種片狀形態越明顯,所占的比例越高,其粉體在塑料基體中分散又好的話,對填充體系的剛性(彎曲強度和彎曲模量)貢獻越大。

多樣性和復雜性是滑石的顯著特點,也就是說世界上找不到兩塊完全相同的滑石。實際上滑石只是一種很寬闊范圍的礦石的總稱,不同的礦石在純度、形態及應用后所表現的作用都不盡相同。自然界中存在滑石都是多種礦物的共生體,只不過按照化學元素的種類和含量區分滑石的純度而已。

另一種經常使用判斷指標是燒失量,認為燒失量低于8%才是高檔的滑石,增剛作用顯著的其燒失量應當在6.5%以下。由于與滑石共生的礦物種類很多,此種判斷方法不能適用于所有情況。

位于安徽省宿松縣的礦山出的礦石與傳統意義上的滑石礦石有所不同,雖然按照化學元素的種類和含量推斷為滑石、方解石、白云石和石英的天然復合共生礦物,因有鈣(Ca)元素的存在且占一定比例,這與傳統的標準滑石礦有所不同,但能否在塑料中做為增剛性填料應用主要取決于其粉末顆粒是否呈現片狀形態。

通過掃描電鏡觀察和能譜分析,表明沐和粉顆粒中有片狀結構形態的粒子存在,沐和礦業有限公司的先進設備和加工技術使得這種片狀結構得以完好地保留,為在塑料中應用起到增強增剛作用奠定了堅實基礎。我們認為將具有多種元素組成的多種化合物天然復合共生而成的礦物加工制成的粉體稱之為硅鈣復合粉體,有別于傳統意義上的滑石粉和方解石粉,是完全正確的,也是十分必要的。

通過對該新型礦物粉體的加工及應用試驗,可以得出如下結論:

★采用先進的氣流粉碎、研磨、分級設備,可將硅鈣、鎂等多種元素組成的化合物天然復合共生的礦物制成粒度為1250目或更細小的粉體,同時最大限度地保持住粉體顆粒的片狀形態。

★硅鈣復合粉體在塑料加工行業中可以用于傳統滑石粉改性的材料及制品的領域,使用的方法和工藝與滑石粉相同。

★硅鈣復合粉體在塑料材料制品中的改性效果基本與傳統滑石粉的改性效果相當,但較之滑石粉改性塑料材料,硅鈣復合粉體改性塑料的斷裂伸長率更高。

★經SGS(通標標準技術服務公司)檢測中心檢測,硅鈣復合粉體不含石棉,鋁、鎘、汞、砷等有害元素的含量極低,可在塑料加工過程及使用過程中確保安全無害。

★為便于宣傳,宿松沐和礦業有限公司制作的硅鈣復合粉體商業名稱稱之為“沐和粉”。

綜上所述,“沐和粉”(硅鈣復合粉體)是一種全新的非金屬礦物粉體材料,在塑料加工行業中具有廣泛的用武之地和光明的市場前景,“沐和粉”(硅鈣復合粉體)的問世和推廣應用將產生顯著的經濟和社會效益!

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