非金属的矿物填料地加工与地的应用

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1、非金属矿物填料的加工与应用 通过对非金属矿物填料与加工技术一书的学习，让我获益匪浅。本次的 月末学习心得就是对该书学习后的一个总结。 主要可以归纳为两点： 一、使我对 填料的概念与性质有了一个大概的了解。 二、对高岭土填料的应用领域和工艺特 性有了一个更深刻的探知。 下面就将我学到的理论知识围绕上述两点， 做一个具 体的阐述与说明。一、填料的概念与性质 填料又称为填充料，及添加入材料（如塑料、橡胶、纸张、涂料等）中做填 充作用的一类材料。 填料对材料的可以起到降低成本、 改善性能、 改进工艺特性 等作用。填料的种类很多， 其中矿物填料是填料中用量最大、 发展最快、 应用最广的 品种。矿物填料包

2、括天然矿物和人工矿物两种。 均具有许多优异的特性， 且应用 领域十分广泛。在本次学习中，我也将侧重点放在了塑料、橡胶、造纸、涂料四 领域应用的矿物填料特性、应用与加工技术。1、 塑料 塑料的组成主要有基本树脂、填料和助剂。合成树脂是塑料的主要组成部 分，决定着塑料的基本性质。 而根据应用需要改变塑料物理性质的方法最普遍的 就是填充改性。 填充改性除基本的树脂外主要是填料， 填料的性质将影响到改性 材料的性能和改性的综合结果。 矿物填料特性对塑料产品的影响是多方面的， 主 要特性是矿物的粒径、颗粒形态、比表面积、硬度、密度、化学组成以及光电磁 等性质，一般来说填料的颗粒粒径越小， 充填材料的力学

3、性能越好。 但同时颗粒 粒径越小， 所需要的加工费用就越高， 实现其均匀分散就越困难， 而且需要更多 的助剂。因而填料颗粒粒径的大小， 需根据使用情况加以选择， 在塑料生产领域 中对塑料性能和工艺性质均有影响， 是在塑料生产中填料使用和加工必须考虑的 重要因素。填料的主要作用是 “增量”。利用其价格远低于填充的合成树脂， 来达到降 低塑料成本的目的。 随着填充改性技术的发展和对填料认识的加深， 以及填充改 性给塑料制品性能带来的优越性。 塑料的生产已从单纯追求成本的降低过渡到改 善塑料制品某些方面的物理力学性能，甚至富裕塑料制品全新的功能。用作塑料填料的矿物填料种类很多，其主要有碳酸钙（工业上

4、又分为重钙 和轻钙）、滑石、高岭土、硅灰石等。2、 橡胶 橡胶工业时国民经济中的一个重要部门，它的发展和工业农业等方面有密 切联系。橡胶和塑料一样属于高分子化合物。橡胶的组成主要有生胶、 炭黑和无机填料。 而无机填料中非金属矿物填料能占到 60% 左右。填料是橡胶制品的主要原料。 在橡胶中添加填料， 可大幅度提高橡胶 的力学性能、增加体积、降低成本、改善加工工艺性能。而非金属矿物填料来源 丰富，价格低，是浅色橡胶制品和彩色橡胶制品的主要填料。 矿物填料在橡胶中主要用作非活性填充剂和增量剂。 橡胶中大量填充这些材料主 要目的时降低含胶率， 降低生产成本， 有时也能改善加工工艺性能， 某些矿物填

5、料还能对橡胶起到一定的补强作用。 但橡胶工业对用作填料的矿物材料有一定的 要求，如填料的颗粒大小、 形状和表面性质。 首先橡胶生产中矿物填料的活性不 能太高，不能与橡胶发生化学作用从而影响到橡胶的化学性能或力学性能， 且填 料应易混入、易分散。橡胶生产中，填料粒径同是影响填充效果的重要因素。填料颗粒越小，比 表面积就越大， 表面活性也越大， 与有机高分子界面作用越强。 矿物填料的粒径 越细，越有利于提高橡胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性等力学性能。但粒子越 细，表面能也越大，粒子易凝聚，使分散变得越困难，对填充效果不利。所以橡 胶生产中的填料粒径大小应根据橡胶的性能而定，应特别注意。 几乎所有的

6、非金属矿物材料都能用于橡胶工业， 最常用的矿物填料如白炭黑、 高 岭土、碳酸钙、滑石粉、石棉、云母、石墨等。由于各种矿物填料的化学组成不 同、结构不同，导致性能不同。白炭黑补强效果较好，适用于天然橡胶和合成橡 胶。高岭土是橡胶工业中用量最大的矿物填料。 近年来由于市场对浅色橡胶制品 需求的增加，高岭土在橡胶中的应用，也越来越受重视。与炭黑相比，高岭土与 橡胶相容性较差， 因而在很大程度上， 橡胶制品的应用受到一定限制。 但通过超 细化合化学改性处理，各种超细高岭土、活性高岭土、煅烧高岭土相继开发，使 得高岭土在橡胶中的应用有了新的发展与进步。 如滑石粉由于有滑感， 用于混炼 胶片之间、半成品之

7、间防黏作隔离剂。石棉由于其隔热特性用于制造耐热橡胶。 云母、石墨由于其片状结晶结构特性，用于制造高阻尼橡胶制品。3 、 纸张造纸工业在国民经济中也具有重要作用，世界造纸业中已有 80 种以上的 非金属矿物填料得到填充应用。主要有滑石粉、高岭土、轻质碳酸钙、重质碳酸 钙等。由于造纸工艺由酸性造纸向碱性造纸转化， 用碳酸钙填料代替高岭土、 滑 石已成为一种趋势，碳酸钙在造纸矿物中的份额也会越来越大。 造纸工业对矿物填料的需求不仅体现在数量上， 为满足用户对纸张印刷性能和光 学性能提出的更高要求， 对矿物填料的质量性能也日益提高。 如轻质碳酸钙已经 在高档纸种填料中开始应用。在造纸工业中应用的非金属

8、矿物产品主要为白色填料，应用方式为纸浆内 的填加和纸面处理。 造纸工业中将那些在纸浆内添加与造纸纤维混合， 生产原纸 的材料称之为造纸填料。 将那些在纸面加工中纸张涂覆中所用颗粒材料称之为涂 布颜料。同一种无机矿物填料可用作填料， 也可用作颜料， 但产品质量要求不同。 在纸中应用填料的最初目的时降低生产成本， 事实上，早之中加填料有助于改善 纸张的性能，使纸张获得某些特殊性能。 造纸填料中，白度、粒度、粒径分布、化学惰性、 PH 值等是重要的特性，其中 白度与粒度对造纸填料的影响最大。 白度是一种颜色概念， 当然亮度高纸白度也 高。填料中的一些杂质，如铁的氧化物，可使白度明显降低，应在填料加工

9、中尽 量除去，以提高纸张的白度。 当填料粒径范围较窄， 特别是填料在纸张中均匀分 布时，有利于提高光散射率， 即提高纸张的不透明度。 颗粒形态影响光的散射方 式，从而影响纸张填料的光学特性。造纸用颜料主要是为了改善纸张的印刷性能，因而对涂布颜料填料的质量 要求较高。 如高速刮刀涂布要求颜料的流变性更好。 涂布颜料重要的性能指标有 白度、粒径、粒径分布、筛余物、流变性等。颜料要与适宜的粒度、形状、密度 和硬度：较高的亮度、较好的遮盖率和不透明度：具有较好的化学稳定性，在水 中应有较好的分散性， 对涂料中的其他组分应有较好的相容性。 涂料的光学性能 直接影响到成纸的光学性质， 要有较高的遮盖能力。

10、 所谓颜料的遮盖能力时指将 它涂在纸页表面上时遮盖底层的能力。颜料的折射和反射光越强，就越不透明， 也就具有更高的遮盖力。 颜料的不透明度， 主要取决于涂布颜料的粒径、 粒径分 布以及晶体结构。4、涂料 涂料是一种呈现流动状态或可液化之固体粉末状态或厚浆状态的，能均 匀涂覆并且能牢固的附着在被涂物体表面， 并对被涂物体起到装饰作用、 保护作 用及特殊作用， 或几种作用兼有之的成膜作用。 涂料中的无机填料又称为体质颜 料，也叫做颜料增量剂， 可分为非功能性填料和功能性填料。 非功能性填料主要 起到增量作用， 以降低生产成本， 功能性填料除了增量作用外， 还具有改进涂料 或涂膜的某些性能的功能，如

11、控制流变性、改进附着力、控制光泽、提高遮盖力 等。我国的涂料工业比较落后， 其中也包括填料应用方面， 致使涂料的品种和 质量均得不到有效地提高。 根据今年来涂料工业矿物填料的发展趋势来看， 主要 需要加强体质颜料的超细化粉碎加工。 天然体质颜料若简单粉碎加工， 其粉碎颗 粒粒度多数在40 左右（320目），在涂料中的应用范围受到了限制。当体质 颜料超细加工至粒径小于5阿 时（相当于2500目），就可以简化涂料加工程序， 把体质颜料与微细彩色颜料充分混合。还需眼科控制体质颜料的残余物的指标， 指标控制的越小越有利于涂料的生产。在涂料中使用填料，降低成本不是唯一目的，填料的主要作用是在涂料中 起骨

12、架填充作用， 增加漆膜厚度， 使漆膜丰满坚实： 调节涂料的流变性能， 增稠、 防沉淀：改善漆膜的机械强度，提高耐磨性和耐久性：调节涂料的光学性能，改 变涂膜的的外观，如消光，对涂膜的化学性能起辅助作用。不同的涂料品种和等级对填料的技术要求也是不等，但涂料用填料均有几 项通用要求： 首先白度应高， 特别是对涂料涂膜颜色要求很高的涂料中， 白度一 般要求在 90 以上：易分散，这不仅有利于降低涂料生产时研磨分散的能耗与时 间，更重要的是有利于涂料性能的发挥， 因为填料和颜料的分散好坏， 对涂膜性 能有直接的影响： 要有较低的吸油性， 只有吸油值低才能提高涂料的临界颜料体 积浓度， 才能制备出含量更

13、高的预分散填料浆， 能使涂料具有良好的流变性， 使 涂料储存时不沉淀， 便于施工成膜， 形成光滑平整的涂膜： 应与涂料中的基料颜 料和其他添加剂有良好的相容性， 但同时也应有一定的惰性， 不与上述成分发生 化学反应。涂料中常用的填料有碳酸钙（重钙和轻钙） 、重晶石粉（硫酸钡）、滑石粉、 够领土、二氧化硅、白炭黑、沉淀硫酸钡、硅灰石等。其中碳酸钙是涂料中应用 最主要的填料。 高岭土可用于各种涂料中， 但以水性建筑材料为主， 特别是内用 乳胶漆，由于高岭土在水基性涂料中具有较好的遮盖力， 从而能部分替代钛白粉 颜料，可降低漆料的成本，而对漆的光泽、遮盖力、储存稳定性影响不大。另外 高岭土能提高涂料

14、的不透明性和涂膜的牢固性。二、高岭土填料的应用领域和工艺特性高岭土由粘土矿物非粘土矿物组成， 属于二八面积的 1:1 型的层状硅酸盐矿 物。高岭土类矿物的理想化学成分有 Si2O3 、 Al2O3 、H2O 。纯的高岭土白度 和亮度高，软质（ 12.5 ），具有强吸水性，易于分散悬浮水中，并且具有良好 的可塑性和高的粘结性及优良的电绝缘性、 良好的抗酸碱性、 强的离子吸附性及 化学惰性，能广泛应用于塑料、造纸、橡胶、涂料等领域中的填料。主要用于纸 张的填料，铜版纸、涂布白纸板、涂布纸等的涂布颜料，橡胶、塑料的填料、电 缆的绝缘填料：涂料的填料、体质颜料等。高岭土的应用领域不同， 对其质量要求也

15、不同。 由于高岭土的矿石类型、 加 工工艺不同， 高岭土产品的后处理也不同， 因而用于填料的高岭土物化性能也不同，致使使用领域也不同。造纸用的高岭土主要对高岭土的纯度高、 白度高、低的黏度及细的粒度要求 较高。造纸用煅烧高岭粒子表面是具有多孔特征的结构性、蓬松的功粉体材料， 主要用于造纸填料和纸张填料。在高级纸张的生产中是替代 TiO2 的理想涂料， 可赋予纸张更高的遮盖性。在橡胶生产中，必须加入某些物质，这些物质称为橡胶混合料，包括填料、 稳定剂等。 高岭土在橡胶工业中起到填料作用， 将其加入乳胶混合物中， 能改善 橡胶的性能， 可以提高橡胶产品的力学强度， 增加其耐磨性和化学稳定性， 延缓

16、 橡胶的硬化时间等。橡胶中高岭土填料的用量必须恰当，一般在混合物中加入 10%20% 左右，同时在橡胶中可起到与白炭黑或白炭黑相当的补强作用。在塑料中，高岭土主要用作填充剂。 对于塑料生产中的许多性能如表面粗糙 度、尺寸的精度、耐化学腐蚀性、坚固性等都与加入的高岭土有关。煅烧高岭土 填充塑料中可以起到提高塑料的电绝缘性能。 同时煅烧高岭土对红外线有显著的 阻隔作用，是农用塑膜理想的保温助剂。高岭土在涂料中用于填充剂， 因其具有化学惰性、 高的覆盖能力、 理想的流 动性能且成本低、 颜色为白色以及可减少昂贵燃料需求量的特点。 此外，它还具 有良好的悬浮性能， 致使不同粒度的高岭土用于不同类型的涂料中。 如粗粒高岭 土用于需要黯淡色泽的和平光漆中，而细高岭土则用于生产高光洁性的涂料中。 漆料工业对高岭土的基本要求是： 高岭土应具有高度的分散性， 没有大的颗粒以 及染色氧化物的含量少。根据原矿性质和产品用途及产品质量要求不同， 高岭土的加工工艺也不尽相 同。目前高岭土的加工技术一般