1.1 有關(guān)納米碳酸鈣的問(wèn)題

納米技術(shù)和納米塑料是近年來(lái)非常活躍而同時(shí)又屢遭非議的領(lǐng)域。標(biāo)有納米字樣的研究成果及產(chǎn)品到處可見(jiàn)，其中不乏真識(shí)卓見(jiàn)，也有一些工業(yè)化的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，但心存疑慮的大有人在。從產(chǎn)業(yè)化的角度看要求在經(jīng)濟(jì)上合理的前提下其性價(jià)比明顯提高，即可認(rèn)定有其產(chǎn)業(yè)化的價(jià)值，而從學(xué)術(shù)的角度看，納米僅僅是一個(gè)長(zhǎng)度的度量單位，具有納米尺度的(通常公認(rèn)三維方向至少有一個(gè)方向的長(zhǎng)度小于100nm)顆粒能否均勻地、互不粘連地分散在塑料基體中，是判斷能否稱之為納米塑料的關(guān)鍵。因?yàn)橹挥挟?dāng)納米尺度的顆粒像海島一樣分布在基體塑料的汪洋大海之中時(shí)，納米技術(shù)的小尺寸效益、大比表面效應(yīng)和量子化效應(yīng)才能真正體現(xiàn)出來(lái)，從而帶來(lái)材料性能質(zhì)的飛躍，而不是僅僅得到一些提高和改善。

例如含有4.2%蒙脫土的尼龍6，較之純尼龍6其拉伸強(qiáng)度提高50%，模量提高100%，而沖擊強(qiáng)度基本不變，同時(shí)熱變形溫度提高近90℃，透明性增加，吸水性下降。微觀觀察此種尼龍可知蒙脫土顆粒確實(shí)是以納米尺度的碎片分散在尼龍6基體中，而且呈全剝離型，即形成了真正意義上的納米塑料。

首先要強(qiáng)調(diào)指出的是蒙脫土是一種層狀硅酸鹽，但并不是添加到塑料中就成為納米塑料。如果蒙脫土始終保持著原來(lái)的結(jié)構(gòu)，層間距不變，僅僅以細(xì)小顆粒的形式分散在基體塑料中，其顆粒尺寸仍然在微米級(jí)范疇，那得到的只是傳統(tǒng)意義上的填充改性材料，不能稱之為納米塑料。如果聚合物分子已經(jīng)插入到蒙脫土結(jié)構(gòu)片層層間，并使其間距增大，但疊層的結(jié)構(gòu)仍然保持著(插層型復(fù)合)，此時(shí)復(fù)合材料的性能將會(huì)有所改進(jìn)，但幅度不會(huì)太太，也不能稱之為納米塑料。只有蒙脫土的疊層結(jié)構(gòu)被完全打破，約1nm大小的硅酸鹽碎片無(wú)規(guī)則而又均勻地分散到聚合物基體中，分散相具有極小的尺寸和極大的比表面積(剝離型復(fù)合)，才是我們所希望達(dá)到的目標(biāo)。

不可否認(rèn)納米碳酸鈣在生產(chǎn)過(guò)程中某一時(shí)刻，其粒子大小確實(shí)處于十幾到幾十nm的范疇，但在隨后的脫水、干燥過(guò)程中，這些原生粒子又團(tuán)聚起來(lái)，作為商品到我們用戶手里實(shí)際上是這些團(tuán)聚體，利用現(xiàn)有粉體表面處理設(shè)備、處理劑以及后續(xù)的混煉設(shè)備都不可能將團(tuán)聚體打散，從而不可能得到真正的納米碳酸鈣改性的納米塑料。

1.2 增重問(wèn)題

使用資源相對(duì)豐富的非金屬礦粉體材料填充塑料其重要意義不言而喻，但由于非金屬礦物的真實(shí)密度比合成樹(shù)脂大得多，因此隨著添加量增加，填充材料的密度明顯增大。例如當(dāng)密度達(dá)2.9g/cm3的重質(zhì)碳酸鈣加人到HDPE中，其重量百分?jǐn)?shù)達(dá)50%時(shí)，填充塑料的注塑成型材料的密度達(dá)到1.6g/cm3，其重量百分?jǐn)?shù)達(dá)到80%時(shí)，填充HDPE的密度達(dá)到2.0g/cm3。密度增大對(duì)以長(zhǎng)度、面積、制件個(gè)數(shù)計(jì)算價(jià)值的塑料制品來(lái)說(shuō)，有可能因?yàn)槊芏仍龃髮?dǎo)致長(zhǎng)度、面積下降或制件個(gè)數(shù)減少，不僅抵消了使用廉價(jià)礦物粉體材料帶來(lái)的利益，還有可能得不償失。因此盡管在技術(shù)上可以解決盡可能多使用廉價(jià)礦物粉體材料的問(wèn)題，而且有的性能(如剛性、韌性、燃燒性等)還有求于密度大的礦物粉體材料，但畢竟塑料制品加工企業(yè)及其用戶要綜合考慮塑料制品技術(shù)性能與經(jīng)濟(jì)雙方面的綜合效果，然后才談得上對(duì)資源、對(duì)環(huán)境的社會(huì)效益。填充塑料因密度增大而“增重”的問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重制約塑料改性朝著資源、能源節(jié)約型和環(huán)境友好型行業(yè)邁進(jìn)的目標(biāo)。

需要指出的是有的塑料制品對(duì)密度大的礦物粉體材料帶來(lái)的負(fù)面影響并不敏感，如單向拉伸的編織袋扁絲、打包帶、撕裂膜等，當(dāng)這些制品在生產(chǎn)過(guò)程中基體塑料被單向拉伸時(shí)，大分子之間以及大分子和填充顆粒之間出現(xiàn)空隙，而且因拉伸比是固定的，從制品長(zhǎng)度看，可以控制加工過(guò)程使之仍能達(dá)到不加填料時(shí)的長(zhǎng)度，因此這些單向拉伸制品在填料添加量高達(dá)20%以上時(shí)，仍能在滿足使用性能要求前提下大幅度降低原材料成本，“增重”帶來(lái)的影響不大。在聚乙烯塑料薄膜加工過(guò)程中，膜泡受到縱向拉伸和徑向吹漲，由于拉伸比和吹脹比大大低于單向拉伸制品的拉伸比，加入填料仍會(huì)使塑料薄膜的密度增大，但較之注塑制品，由于拉伸和吹脹同樣給大分子之間、大分子與填料之間帶來(lái)空隙，所以其密度的增大程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于注塑制品。例如加入30%重質(zhì)碳酸鈣的HDPE薄膜，其密度不大于1.1g/cm3，而同樣配方的注塑成型制品，其密度將達(dá)到1.3g/cm3左右。我們得到的啟發(fā)就是如果在塑料制品成型過(guò)程中，在保證材料力學(xué)性能的前提下，如果能在基體塑料的大分子之間、大分子與填料之間、填料顆粒自身或相互之間生成空隙，就能將填充塑料的密度降下來(lái)，就能緩解甚至徹底解決“增重”問(wèn)題。

遵循這種思路，一些企業(yè)和科技人員已經(jīng)做出了有希望的探索，如通過(guò)不同種類填料搭配使用，或預(yù)先對(duì)填料顆粒進(jìn)行處理呈發(fā)泡體再與基體塑料混合，以及在注射成型時(shí)采取特殊工藝等方法，都取得了一定的效果?？梢哉J(rèn)為在“增重”問(wèn)題上的突破并可用于實(shí)際生產(chǎn)，將為改性塑料的發(fā)展帶來(lái)革命性的影響，值得我們?yōu)橹?/span>!