在塑料領域，非金屬礦物粉體材料的應用主要基于穩(wěn)定的性質、較低的成本以及獨特的物理化學性質與聚合物的協(xié)同作用。

塑料種類多，塑料應用場景復雜，非金屬礦材料性質千變萬化，怎么選？作者總結7種典型非金屬礦在塑料改性中的原理、應用效果、技術進展，供大家參考。

1

碳酸鈣（CaCO3）

應用原理

通過顆粒填充改善塑料剛性與加工流動性，納米級碳酸鈣可通過“活性點”與聚合物鏈段形成物理纏結。表面改性（如鈦酸酯偶聯(lián)劑）可增強界面結合，減少團聚。

應用效果

力學性能：納米CaCO3（30nm）填充PVC時，拉伸強度提升23%，抗沖擊強度提升超20%。

加工性能：重質碳酸鈣經DL-411鋁酸酯改性后，PP復合材料沖擊強度提高41.97%，熔體流動速率優(yōu)化。

技術進展

復合改性：采用納米硅酸鋁包覆結合硅烷處理，制備出兼具高分散性與界面結合強度的復合填料，用于PP和PA6時熱變形溫度提升15-20℃。

環(huán)保工藝：微波輔助改性技術可縮短改性時間30%，同時提高填料與ABS樹脂的界面相容性。

2

滑石粉（3MgO?4SiO2?H2O）

應用原理

片層結構提供“納米橋接”效應，抑制裂紋擴展；表面改性（如KH550硅烷偶聯(lián)劑）降低極性，促進分散。

應用效果

增強增韌：1%的OTES改性滑石粉與0.2%的成核劑協(xié)同作用，PP彎曲模量提升70%，沖擊強度提高49%。

阻燃協(xié)同：與十溴二苯乙烷復配時，垂直燃燒性能達UL94V-0級，熱釋放速率峰值降低35%。

技術進展

粒徑調控：遼寧鑫達集團開發(fā)“層壓剪切粉碎”技術，將滑石粉徑厚比控制在17:1以上，顯著提升復合材料剛性與熱穩(wěn)定性。

發(fā)泡應用：3000目滑石粉作為成核劑，使微孔發(fā)泡PP的泡孔密度增加2倍，尺寸分布更均勻。

3

硅灰石（CaSiO3）

應用原理

針狀形態(tài)提供應力傳遞路徑，表面改性（如硅烷偶聯(lián)劑）改善界面黏結。

應用效果

力學增強：超細硅灰石（長徑比12）填充ABS時，拉伸強度提高18%，沖擊強度提升17%。

摩擦性能：與PTFE復合時，磨損率降至1.54×10-6mm3/（N?m），邵氏硬度達70。

技術進展

微波輔助改性：相比傳統(tǒng)油浴加熱，微波處理可使硅灰石在ABS中的分散性提高40%，界面結合能增加25%。

無機包覆：納米SiO2包覆硅灰石纖維，使其在水泥基材料中的抗拉強度提升37.21%。

4

硅藻土（SiO2?nH2O）

應用原理

多孔結構吸附增塑劑，改善PVC加工流動性；表面羥基與偶聯(lián)劑反應形成化學鍵。

應用效果

阻燃增效：與膨脹型阻燃劑（IFR）復配，PP的極限氧指數(shù)（LOI）從22%提升至28%，垂直燃燒達V-0級。

分散性優(yōu)化：KH590改性硅藻土在HDPE中分散均勻，沖擊強度提高122.1kJ/m2，熱分解溫度提升10℃。

技術進展

分級提純：采用“浮選-X光選”工藝，將硅藻土純度提升至99%以上，用于聚烯烴色母粒時顏料分散性提高30%。

復合改性：納米TiO2負載硅藻土，在PP中實現(xiàn)光催化降解與力學增強的雙重功能。

5

高嶺土(Al2Si2O5(OH)4)

應用原理

層狀結構提供異相成核位點，煅燒后形成活性Al2O3增強界面結合。

應用效果

熱穩(wěn)定性：煅燒高嶺土填充PP時，熱變形溫度從100℃提升至125℃，結晶度增加15%。

阻燃協(xié)同：納米高嶺土與IFR復配，PP的LOI提升至30%，煙密度等級（SDR）降低40%。

技術進展

插層改性：通過離子交換法將有機季銨鹽插入高嶺土層間，制備出剝離型納米復合材料，拉伸強度提高35%。

功能化設計：表面接枝丙烯酸，使高嶺土在PA6中分散性提高50%，吸水率降低20%。

6

云母（KAl2(AlSi3O10)(OH)2）

應用原理

片層結構形成“迷宮效應”，阻礙氣體滲透；表面羥基與聚合物氫鍵作用。

應用效果

阻隔性能：云母納米片填充PEF時，O2透過率降低2.4倍，CO2透過率降低6.4倍。

力學增強：珍珠質結構云母/PLA復合膜的拉伸強度達67MPa，韌性提升156%。

技術進展

無損剝離：“液體膠帶法”制備大尺寸云母納米片（3.43μm），產率達80%，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)機械剝離。

仿生設計：仿貝殼“磚-泥”結構，使云母/PLA復合膜的紫外線屏蔽性能提升80%，可見光透過率保持90%以上。

7

二氧化硅（SiO2）

應用原理

納米顆粒形成三維網(wǎng)絡，表面羥基與聚合物反應；氣相法SiO2提供高比表面積。

應用效果

增強增韌：4%納米SiO2填充PMMA，缺口沖擊強度提高80%，透光率保持90%以上。

加工優(yōu)化：改性SiO2在PP中降低熔體黏度15%，成型周期縮短20%。

技術進展

雜化改性：表面接枝聚苯乙烯，制備核殼結構SiO2@PS，在ABS中分散性提高50%，沖擊強度提升30%。

功能集成：負載銀離子的SiO2在PE中實現(xiàn)抗菌（抑菌率＞99%）與抗靜電（表面電阻＜109Ω）雙重功能。

8

結語

塑料領域適用的非金屬礦物材料種類豐富，每一種材料都有獨特的價值，如何選擇是成功應用的關鍵之一。

參考來源：

張雯：硅藻土在塑料改性及聚烯烴色母粒中的應用，北京化工大學

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武衛(wèi)莉：硅烷偶聯(lián)劑對高密度聚乙烯/硅藻土的改性研究

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