滑石的特性以及在塑料中的应用

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1、滑石的特性以及在塑料中的应用卢继成 齐 颖 贾岫庄（辽宁艾海滑石有限公司，辽宁海城 114200）摘 要：滑石是一种有特点的非金属矿物，作为一般填料和功能性填料广泛应用于造纸、塑料、涂料、陶瓷等行业。世界上没有两块完全相同的滑石, 多样性和复杂性是滑石产品的一个显著特点。本文对滑石的基本性质、世界的储量、生产情况进行了阐述。在此基础上对应用于塑料工业的滑石质量要求进行了介绍。一、滑石的基本性质滑石的分子式为 Mg3Si4O10(OH)2 ，化学名称：水合偏硅酸镁，单斜晶系。纯滑石的理论组成：SiO 2 63.47%，MgO31.68%，H 2O4.75%。它的基本结构单元是两层由硅原子和氧原子

2、构成的四面体夹着一层由镁原子、氧原子和羟基构成的八面体。（图 1）。这种基本结构单元的表面不包含羟基和其它活泼离子，因此滑石憎水并且化学性质不活泼。滑石不溶于弱酸、弱碱和水，不燃烧，不导电。虽然滑石的化学性质不活泼，它却对某些有机物有很强的亲和性，也就是说它是亲油性的。温度在 700-900时，滑石逐渐失去羟基（或结构水）；1000-1200时；生成高温 -顽火辉石；1250-1350时，生成 -斜顽火辉石，熔点为 1557。矿物集合体通常呈片状或致密块状，颜色呈白色、灰色、粉色、黑色等。纯滑石有油脂光泽、滑腻感。莫氏硬度为 1，001解理极完全，密度 2.75。 图 1 滑石的分子结构 图

3、2 滑石的微观结构 图 3 艾海滑石的热重分析多样性和复杂性是滑石产品的一个显著特点。世界上找不出两块完全相同的滑石。确切地说，“滑石”一 词能用来描述很宽范围内的一系列产品，它们在纯度、形态及应用后所表现出来的性质上都有不同之处。自然界中的纯滑石很少见，一般伴有相关的其它的矿物。最 常见的就是绿泥石、菱镁石和白云石。有的矿体含有少量石英、透闪石或蛇纹石。杂质矿物的种类及数量决定了工业产品的性质、从而也就决定了滑石的功能以至应 用领域 6。虽然自然界中的滑石多彩多样，但都有表 1 所示的四个共性，即：稳定性、低硬度、层状结构、亲油疏水3。 自然界中的矿物很少能有像滑石这样把如此多的优点集于一身

4、。滑石本身的特点决定了他是一种不可多得的功能性填料。在众多应用中，滑石不但能起到一般填料的 作用降低产品成本，而且能显著增强这些产品的诸多性能。这使滑石作为填料，广泛地应用于造纸、塑料、油漆、陶瓷、化妆品、医药、橡胶、农产品、肥料等行业 中。表 1 滑石的四个共性1.稳定性2.低硬度3.层状结构4.亲油疏水化学性质不活泼。不溶于弱酸、弱碱和水。绝热、绝缘。莫氏硬度为 1，是世界上最软的矿物。微观呈片状（图 2），在机械力作用下薄片间很容易剥离开，成为单片。每片薄片由两个上下平行面和不定形边缘表面组成。平行表面为疏水亲油面层，边缘侧面呈疏油亲水性。滑石溶于多种有机溶剂，但不溶于水。二、滑石的储量

5、和生产情况世界滑石的远景储量在 20 亿吨以上，探明储量约 8 亿吨，遍及 40 余个国家。储量较大的国家有：中国、美国、俄罗斯、法国、芬兰、印度、澳大利亚。世界上已发现的滑石矿床共有 250 座，其中有 80 座正在开采。在这 80 座中有 40 座的年产量在 5000 吨以上。世界滑石目前的年产量约 500 万吨，各国的产量如表 2 所示：表 2 世界各国的滑石产量，万吨国别 中国 美国 法国 芬兰 印度 澳洲 巴西 其它 合计产量，万吨 200 100 40 50 40 20 30 20-50 500-530世界上最主要的滑石生产企业有：l TALC DE LUZENACl MONDO

6、MINERALSl IMIFABI S.P.Al 辽宁艾海滑石有限公司l 辽宁北海特级石粉有限公司l 海城水泉滑石有限公司l 山东平度滑石矿业有限公司l 桂林桂广滑石开发有限公司l 广西龙广滑石有限公司l 广西龙胜华镁滑石开发有限公司l GOLCHA GROUP中国是世界上滑石探明储量最大的国家，为 2.5 亿吨。滑石矿床分布于 15 省市自治区，较大的储量相对集中在辽宁、山东、广西、江西、青海五省，占全国资源量的 95%。其中辽宁、山东、广西的滑石资源品质最好、开发最早。江西主要为黑滑石，青海茫崖为石棉拌生矿。中国已发现的五个特大型滑石矿床分别为：l 辽宁海城范家堡l 山东栖霞李博士夼l 广

7、西龙胜下鸡爪l 江西广丰溪滩l 青海茫崖镇中国既是世界上最大的滑石生产国，出口国，也是滑石最大的消费国。我国目前的年产量在 200 万吨，出口量 70-90 万吨，国内消费量 110-130 万吨。用于塑料工业的滑石一般应是纯度和白度都较高的高纯白滑石，或至少是纯度较高的滑石。虽然滑石是世界上分布较广的矿产资源，但高纯白滑石并不多见。白度 85%以上的滑石除中国、印度外的年产量在 30万吨左右，而白度超过 90%的产品更少，不足 10 万吨。纯滑石只有中国、印度和澳大利亚生产。但澳大利亚大部分滑石的白度并不高。印度每年可生产约 20 万吨的高纯白滑石，但由于开采、运输成本高，目前每年只出口 5

8、 万吨左右。而世界市场仅塑料工业每年对高纯白滑石的需求至少在 60 万吨。没有中国的滑石出口，世界市场对白滑石的需求远远不能得到满足。正因为如此，即使滑石资源十分丰富的欧美地区每年也要从我国进口 30 万吨左右的高纯白滑石，主要用做塑料填料。我国目前每年出口高档白滑石约 55-60 万吨，其中原料 35-40 万吨，微细粉约 10 万吨，粗粉 10 万吨。国内塑料工业目前对高纯白滑石的需求不大，不超过 3 万吨，对滑石的总需求量不超过 6 万吨。世界滑石生产出现以下“四化”的趋势，即精细化、微细化、集团化、国际化 5。精细化随着对产品质量的要求越来越高，生产者对原料供应的要求也越来越严格。市场

9、需要的是针对不同应用特点而专门设计的产品。大路货、通用货的市场越来越窄。如 MONDO MINERAL 在造纸领域提供十种可供客户选择的产品；在涂料领域提供二十一种产品；在塑料领域提供十一种产品。每种产品都是针对不同用途而设计的。产品的规格齐全，理化指标十分详尽，并有实验数据支持。微细化滑石粉的细度越来越小。滑石的细度以及粒度分布对产品的物理性能有明显的影响。一般地说，产品越细，粒度分布越窄，其增强性能越好。八十年代使用的是 200-400 目产品，目前国际市场主流产品的细度为2500-3000 目。集团化世界滑石企业近十年来通过重组、兼并、破产，企业数量正在减少，但生存下来的公司规模在扩大。

10、这其中最重要的原因有两个：一是市场容量正在缩小，利润下降，无法容纳众多的小企业。二是竞争越来越激烈，产品的生命周期缩短，新产品的研发和推广投资越来越大，市场风险也增大，小企业无法承受。现有影响的滑石公司在欧洲仅有 3-5 家，北美 3-5 家，日本 5 家左右，中国 10 家左右。全球化全球化的含义是：跨国集团在全球范围内尽量从同一渠道采购原料，采用相同的生产工艺和标准组织生产，以便保证产品质量的一致性和稳定性。这种趋势将给有全球供货实力的大公司以更多的机会，而只能局部范围供货的小企业机会越来越少。三、滑石在塑料中的应用塑料填料的使用始于二战以后。广泛使用是七十年代石油危机以后。滑石作为功能性

11、填料主要用于聚丙稀改性，生产汽车工业和家电业的塑料。也有少量滑石用于聚苯乙烯、尼龙、聚乙烯和 PVC。滑石作为填料不但能节省树脂的使用量，还能显著地提高产品物理性能，起到增强作用。足够细度的滑石粉，可显著提高产品的刚度、冲击强 度、抗蠕变性、硬度、抗表面划伤、耐热性和提高热变形温度。对于应用于汽车和家电的聚丙稀塑料改性，滑石的性价比是其他任何非矿材料所无法比拟的。全世界 用于塑料方面的滑石每年在 80 万吨左右。对滑石改性有较系统和深入研究的国际企业约有 6-10 家，集中在美国、欧洲和日本。能提供塑料用滑石粉的国外生产企业 10 家左右，也集中在美国、欧洲和日本。我国滑石生产加工企业超过百家

12、，但能生产完全合格的塑料用滑石粉的企业不超过 6 家。能生产基本合格产品的企业不超过 5 家。 我国目前比较有实力的生产企业把主要精力放在出口产品的生产，严重忽略了国内不断增长的需求。国内塑料工业使用的滑石粉很大一部分来自中小企业，和非正规 企业。这使得产品质量很难得到保证。同时值得一提的是，国内一些用于科学研究的滑石粉的来源不确定性也很大，这使得其研究结论的可信度大大降低。滑石对塑料具有显著的增强效果，但并不是所有滑石产品都有增强效果。增强效果随着产品品质的不同差异非常明显。很难给用于塑料工业的滑 石粉提出统一、具体的标准。总的原则是：尽量使用粒度适宜的纯滑石产品，产品并不一定越细越好。滑石

13、原料来源必须固定，产品的品质，特别是粒度分布，湿白 度、色相必须稳定和连续。鉴于滑石产品的多样性，正确使用滑石产品，取得最佳效果是需要生产厂家的技术支持的。具体选择产品时，至少应考虑滑石本身的“四度”，即：l 纯度 l 白度l 片度l 细度一般地讲，评价一个滑石产品的优劣，至少要考虑以上四个方面的因素。仅以任何一个指标判断质量都可能是片面和不完全的。如有人仅以平均粒度来评判产品质量，这是十分值得商榷的。纯度纯度是指产品的滑石含量。自然界和工业生产中滑石都有杂质，工业中 100%的纯滑石产品不可能存在。毫无疑问，滑石纯度越高，其增强的效果越好。研究表明：滑石中的某些杂质，不仅仅降低纯度，对最终产

14、品的性能有非常明显的影响 1,2。滑石中的碳酸盐，金属铁和重金属对塑料的抗老化性，热稳定性有十分不利的影响。绿泥石含量对抗老化性，热稳定性的影响不大。我国白滑石都属于碳酸盐-滑石型，因此应在选矿过程中尽量剔除碳酸盐，选用低铁、低重金属含量的滑石原料生产塑料级滑石粉。表 3 碳酸盐、铁及重金属对弯曲模量和热稳定性的影响样品 1 样品 2 样品 3 样品 4LOI， % 5.10% 10.50% 7.20% 15.90%D50，微米 8.1 8.1 9.3 8.1D98 22 21 27 26矿物组分 滑石 滑石+绿泥石 滑石+菱镁石 滑石 +石英+ 菱镁石 As，ppm 0.1 0.2 0.3

15、1.9Co，ppm 1 1 3 17Cr，ppm 1 1 1 1Fe， ppm 237 672 148 809Mn，ppm 2 4 10 41Ni， ppm 1 139 1 1弯曲模量 3988 MPa 3097 MPa 3232 MPa 3005 MPa热稳定性 890 hrs 650 hrs 634 hrs 546 hrs辽宁、山东、广西的主要滑石矿床的产品纯度都比较高，经过手选后纯度可达到 96-98%，是世界上最适宜做改性塑料的滑石原料。但各地区，同一地区不同厂家的产品中碳酸盐，金属铁和和重金属还是有相当大的区别。目前这部分高纯产品大部分出口，国内除一些合资和独资企业外，需求较少。国内市场的滑石产品中滑石的含量在 20-98%之间波动，差别极大。滑石含量低的产品对塑料的增强作用十分有限，主要起一般填料的作用。但由于碳酸盐和铁、重金属的含量较高，导致塑料产品的抗老化性，热稳定性都较差。对于滑石纯度的鉴别，用于科学研究的建议使用 XRD+物相分析，误差在 5%以内。生产中一般可通过检测烧失量推定滑石的纯度（绿泥石-滑石型除外）。一般地说，烧失量小于 8.0%的产品才比较适宜用于塑料增强填料，最好烧失量在 6.5%以下。白度滑石工业中的白度有狭义和广义两种。狭义的白度即是一般的白度定义，可用蓝光白度 R457、Y、L*、