无机矿物填料的作用

无机矿物填料的作用和地位无机矿物填料的主要作用是增量、增强和赋予功能。（1）增量添加廉价的无机矿物填料以降低制品的成本，例如，在塑料、橡胶、胶黏剂等中填充碳酸钙（包括重质碳酸钙和轻质碳酸钙）以降低有机树脂或高聚物的用量；在纸张中填充碳酸钙、滑石粉以减少纸浆或纸纤维的用量。这种无机矿物填料也被称为增量填充剂。（2）增强提高高聚物基复合材料，如塑料、橡胶、胶黏剂等的力学性能（包括弹性模量、拉伸强度、刚性、撕裂强度、冲击强度、摩擦系数、耐磨性等）。无机矿物填料的增强主要取决于对其粒度或比表面积和颗粒形状。粒径小于5um的超细无机矿物填料和硅灰石、透辉石、透闪石、石棉等针状无机矿物填料及云母、滑石、高岭土、石墨等片状无机矿物填料具有一定和不同程度的增强或补强功能。一般来说，各种填料的增强效果顺序为：纤维填料＞片状填料＞球状填料。反之，各种填料在基料中的流动性顺序大致为：球状填料＞片状填料＞纤维填料。（3）赋予功能无机矿物填料可赋予填充材料某些功能，如塑料和橡胶制品的尺寸稳定性、阻燃或难燃性、耐磨性、绝缘性或导电性、隔热或导热性、隔声性、抗菌性等；涂料的耐湿擦洗性、耐磨性、耐腐蚀性、耐候性、遮盖力、净化空气、调湿性等；纸品的优良吸墨性和印刷性等。此时，无机矿物填料的化学组成、晶体结构、光热、电、磁等性质以及比表面积和颗粒形状起重要的作用。无机矿物填料主要赋予复合材料的功能见表1-1。表1-1赋予功能效果和相应的填料功能填料热稳定性滑石粉、高岭土、云母、硅灰石、多孔粉石英、CaCO3、硫酸钙等阻燃性Al(OH)3、Mg(OH)2、皂石、红磷、硼酸锌、Sb2O3等抗（耐）磨性石墨、碳纤维、二硫化钼、炭墨、皂石、多孔粉石英等遮盖力钛白粉、高岭土、煅烧高岭土、滑石、CaCO3、云母等吸墨性和印刷性滑石、CaCO3、钛白粉、高岭土、SiO2光学特性、增白钛白粉、CaCO3、高岭土、滑石粉、云母等耐腐蚀性、耐候性、耐擦洗性多孔粉石英、硅藻土、煅烧高岭土、滑石、云母、皂石、石棉等其他隔声、隔热石棉、硅藻土、膨胀蛭石、石膏、岩棉、膨胀珍珠岩、膨润土、沸石、海泡石等负离子、光催化电气石、金红石、纳米TiO2、纳米氧化锌等导电与电磁波屏蔽石墨、炭黑、碳纤维、玻璃微珠等抗菌、抗紫外线纳米二氧化钛、纳米氧化锌、煅烧高岭土等绝缘云母、煅烧高岭土、滑石、碳酸钙等生物、环保磷灰石、硅藻土、皂石、珍珠岩、蛭石、膨润土、海泡石、凹凸棒石、多孔粉石英等无机矿物填料的地位矿物填料在现代材料工业，如塑料、橡胶、胶黏剂、化纤、涂料、造纸、胶凝材料、建材等工业中具有重要地位，而且随着新材料工业，特别是复合材料工业的发展日益显得突出和重要，主要原因如下。（1）它是在保证使用性能要求的前提下降低材料生产成本最有效的原料或辅料。由于无机矿物填料，特别是作为普通增量填料的碳酸钙、陶土、滑石粉等价格较低，而作为塑料制品、橡胶制品、胶黏剂、化纤、纸浆等基料的树脂价格显著高于无机矿物填料，因此，在这些制品中填充一定量的无机矿物填料可以在满足相关产品标准，保证使用性能要求的前提下，显著降低材料的生产成本。（2）它是获得具有独特功能复合材料最方便和有效的填料。现代科技、经济和社会的发展对材料的功能性要求越来越高。单一的原料和配方越来越难以满足日趋提高的使用要求。对于高聚物基复合材料，如塑料、橡胶、胶黏剂来说，从高分子合成角度开发具有独特功能的全新结构的高分子化合物有时是难以实现的，有时则可能耗资巨大，耗时很长，而采用矿物填料填充改性常常是比较方便和易于实现的。（3）它是综合利用矿产资源、替代或节约树脂的重要材料。现代发展最为迅速的高分子材料是以树脂为基料的非金属材料，而合成树脂的原料是石油。非金属矿是储量丰富、部分与金属矿和固体燃料矿共生的矿产资源，将其综合利用并加工成矿物填料用于填充到树脂中生产高聚物基复合材料，在降低材料成本和赋予材料一定功能的前提下，还可以节约大量石油。目前塑料制品中无机矿物填料的用量平均已达到10%以上，部分塑料制品中矿物填料的用量已达到30%以上。以2007年我国塑料制品产量6000万吨左右计算，节省树脂600万吨/年以上，可以大量节约石油资源。（4）它是提高材料或制品技术含量、增加其附加值的最适宜填料。无机矿物填料来源广、品种多，可以加工成适应不同应用要求的功能填料，可以提升填充材料的产品技术含量从而增加其附加值。例如，在塑料制品中填充经过表面处理的超细碳酸以提高其韧性；添加片状结构的滑石和针状结构的硅灰石可以提高其强度；添加经过表面改性的超细氢氧化铝和氢氧化镁可以替代有机阻燃剂赋予其优良的阻燃性能；在建筑涂料中添加煅烧高岭土可以提高涂膜的强度和耐湿擦洗性；在纸品中填充滑石和碳酸钙可以提高其白度、平整度和印刷性；在橡胶中添加超细片状高岭土可以提高其强度和气体阻隔性等。由于可以根据材料性能的要求从成分、结构、表面性质等方面性质等方面选择无机矿物填料，能满足不同应用的要求，可以在某一方面和几个方面显著提高填充材料或制品的技术含量，因此可以显著增加填充材料的附加值。因此，可以说无机矿物填料为新型功能材料，特别是复合材料的发展提供了广阔的发展空间。