（中國粉體技術網/班建偉）我國塑料加工業,“十五”計劃產量將達2500萬噸以上， 所需非金屬粉體的填加量應在總產量的10 %以上， 達250萬噸。但隨塑料行業進入從數量主導型向質量、品種、效益為主導的產業結構過渡和升級的階段， 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。
在塑料加工業所使用的樹脂中，除聚氯乙烯樹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的加工設備， 進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、樹脂顆粒上浮，造成料斗下料時組份不勻， 產生離析。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， 很難實現穩定的加工成型。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脂混合、混煉、造粒, 制成與塑料制品的基體樹脂體積相近的顆粒。非金屬母粒由載體樹脂、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行表面改性， 以增強其分散性, 提高與樹脂的交聯性等。
1.1 超細非金屬粉體和載體樹脂的選擇
超細非金屬粉體的母粒加工, 應根據塑料制品的技術性能要求來選擇非金屬粉體, 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。
載體樹脂的選擇, 應先根據非金屬母粒應用于某種塑料基體樹脂的制品, 來確定和采用其同類的樹脂做為載體樹脂, 以使母粒與基體樹脂有良好的相容性。一般應選擇熔體流動速率高、熔點較低的樹脂, 特別是載體樹脂的熔融粘度, 應盡可能與所要填充的基體樹脂接近, 也可將兩種樹脂復合后作為載體樹脂使用。
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團聚等問題,造成在載體樹脂中的分散不均勻。因此, 首先應對超細粉體進行表面改性, 降低其表面能, 解決其團聚問題, 增強與樹脂的交聯性和粉體的分散性。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, 也有濕法改性的專用設備。表面改性時所需的改性劑用量較大, 在漿液中達到一定的濃度時才能得到好的改性效果, 而后還要進行脫水和干燥等工序。在干燥時, 溫度過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行。
采用高速捏合機時, 加入一定量的粉體, 在葉片的高速轉動下, 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， 再經一定時間的高速攪拌， 即可達到表面改性的目的。
采用連續式改性機組時, 一是將粉體和改性劑同時按一定比例送入SLG 三筒連續改性機組改性腔中, 在高速轉子帶動下, 它們呈流化態狀態旋轉,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, 改性劑以霧化狀態與物料接觸, 它們充分混合, 進入主機后, 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。
經表面改性后的非金屬粉體分散到樹脂中后,在該區域樹脂-改性劑-非金屬粉體之間可產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。可根據不同的礦種和用途等, 選擇改性劑和助劑:一般硅酸鹽類粉體, 宜選用硅烷偶聯劑;碳酸鹽類粉體, 宜選用鈦酸脂或鋁酸脂偶聯劑。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脂, 按所需比例加入高速捏合機中, 同時加入其它助劑, 進行攪拌混合, 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。它的特點是連續、密閉、產品質量穩定、生產效率高。同時螺桿上混合、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, 然后進入主機, 進行混合、塑化、混煉、擠出、熱切、風冷(或拉條冷切)等工序, 即可生產超細粉體的母粒產品, 也可據塑料制品的技術性能要求, 加工出其它各種專用系列的母粒。
母粒加工時要根據不同比例的配料量以及樹脂的技術參數, 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、擠壓過程中溫度升高后, 將產生許多氣體(包括水蒸氣、低分子物的氣體等), 若不及時排出則易使有用的物料降解、性能變次, 降低產品質量, 同時生產出的母粒易產生小氣孔, 直接影響到塑料制品的質量。
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沖擊強度的關系, 見圖1 。
三種10μm粉體母粒填加到PE 樹脂中, 吹膜后的遠紅外線阻隔率(%):空白, 50；碳酸鈣, 61；遠紅外線陶瓷粉, 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；斷裂伸長率, 163 %；沖擊強度, 69kJ/m2；硬度, 65 。
用非金屬粉體和載體樹脂可加工出多種類的功能母粒, 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, 填加在塑料制品樹脂中可起到一定的功能效果。在加工過程中, 首先要對粉體進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脂的技術性能要求, 來選擇加工不同功能的母粒。另外, 母粒的加工還應與各類高聚物的混合改性相結合, 適應和進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。特別是在塑料行業向質量、品種、效益為主導的產業結構過渡和升級的階段, 非金屬行業應與其配合, 使非金屬深加工也能進一步向高質量、高技術、高附加值及多功能化轉化。
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