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技術文摘

納米硫酸鋇透明功能母料的現狀及發展

2018-09-03 來源:研發中心

  納米硫酸鋇透明功能母料是近幾年新興的一種產品,因其粉體粒徑小、透明度高、光澤度好、外觀色相好、能提高拉力,添加到塑料薄膜制品中可以替代大部分石化產品,減少塑料的使用量,是具有環保功能的新材料,同時又可以降低使用和加工成本,對比傳統滑石粉母粒和碳酸鈣填充母粒在質量和加工方面有較大的優勢,主要應用于PE聚乙烯吹膜、(連卷袋、背心袋)農地膜、注塑、塑編等聚烯烴制品的填充改性,降低成本,提高力學性能,可以通過SGS認證,FDA食品認證,耐酸堿、不析出、耐候性好、不含有害物質、雜質少、無晶點、純度高、能有效保證制品的安全性和表面的光澤度。
  一、納米硫酸鋇功能母料的優缺點:
  了解功能填充母粒的性能我認為可以先從各種粉體的性質開始,主要品種有超細硫酸鈣、重質碳酸鈣、輕質碳酸鈣、滑石粉、納米改性沉淀硫酸鋇。 
  1.1、碳酸鈣性質:碳酸鈣和滑石粉大多都是采用機械磨粉方式進行研磨細化,這種加工方式的粉體產品粒徑越細帶來的機械磨損也越大,幾乎所有的機械磨損成分都被混合在粉體產品中。縱觀沖擊磨、風掃磨、豎式磨、滾壓磨量產加工極限粒徑D50為2um左右。粒子一般形狀為不規則塊狀,不耐酸,大小分布不均勻。
  用重質碳酸鈣產生的碳酸鈣填充母粒一般價格便宜,容易生產加工。應用缺點為光澤差,拉力差,色相偏黃、灰暗、制品顯次。產品優勢在彎曲強度和沖擊有所提高,成本低。
  1.2、滑石粉性質:粒子一般形狀為不規則片狀,耐酸堿,大小分布不均勻。價格適中,不容易生產加工。
  用滑石粉產生的滑石粉填充母粒應用缺點為光澤差,拉力差,沖擊很差,色相明顯偏黃綠、灰暗、制品顯次。產品優勢在彎曲強度有大的提高,透明度不錯,成本適中。
  1.3、納米沉淀硫酸鋇性質:納米沉淀硫酸鋇是采用BaCO3+H2SO4液態合成的納米級粒徑尺寸材料,它的粒徑尺寸可以實現可控的30~200納米范圍,為更多的應用性提供可靠保障。粒子一般形狀為均勻的球狀,耐酸堿,大小分布均勻。價格偏高,不容易生產加工,分散性控制要求高。
用納米改性沉淀硫酸鋇產生的納米硫酸鋇功能母粒應用缺點為比重大,成本稍高。產品優勢在于透明度好,拉伸強度有較大提高,光澤度好,制品外觀好,生產的制品高端上檔次。
 
從上圖電鏡來看,納米沉淀硫酸鋇粒徑大約為碳酸鈣的二十分之一。上圖的碳酸鈣為2500目,納米沉淀硫酸鋇至少為50000目左右
 
  一、納米硫酸鋇功能母粒主要產生工藝:
  2.1、普通聚烯烴填充母粒的生產工藝
  聚烯烴功能填充母料加工工藝及相關設備隨著我國載體樹脂的不斷變更也隨之發生變化。主要采用重質碳酸鈣為填充材料,經各種設備混煉預分散后,應用于各種聚烯烴制品。
  一般采用聚丙烯或聚乙烯作為載體樹脂的方法,也有采用無載體的配方,經高混機或密煉機混合剪切均勻后,再經過雙螺桿或單螺桿進行造粒,最后采用模面熱切風冷或水環切粒等工藝,提高了生產效率,降低了原材料成本。制作填充母料最多采用的加工設備是同向旋轉雙螺桿擠出機。該機的優點是可連續生產、質量穩定、生產效率高、能耗低、工人勞動強度低、操作環境好。
  無機粉體:主要用于生產的粉體有重質碳酸鈣、滑石粉、輕質碳酸鈣、元明粉和普通沉淀硫酸鋇。任何無機填料、粒徑和粒徑分布的曲線跨度是重要的技術指標。通常粒徑越纖細、分布曲線越窄,填充效果越好。此外,填充效果好壞還與分散性有關,根據粉體工程學理論所示,當粉體材料的粒徑越小,其表面能越高,帶有很多雜亂電荷造成粒子之間的相互吸附,導致分散更加困難。粉體生產企業為了解決此類問題,大都在粉體材料合成反應粒徑控制生成后添加液態表面包覆處理,最大程度屏蔽和鑲嵌修飾顆粒表面,吸油量被控制到極低水平,應用的顏基比例和臨界濃度進一步提高,在應用時在聚乙烯烴材料中達到更好的原始單顆分散效果,從而進一步展現其良好的光學透明性能和補強拉伸以及斷裂效果。
  載體樹脂:聚烯烴填充母料的使用性能主要取決于載體樹脂,通常根據母料的用途不同,載體樹脂一般含量為10%~20%。聚烯烴填充母料所用載體樹脂應當與所填充的塑料基體樹脂具有良好的相容性。從這一方面考慮,一般載體樹脂最好選用基體樹脂。此外,選用填充母料載體時,還要考慮其熔點和熔體流動性,載體樹脂的熔點不得高于基體樹脂。目前企業用的比較多的是線性低密度聚乙烯(LLDPE)或聚丙烯(PP),熔融指數相當的聚乙烯和聚丙烯相配起來的樹脂。
  助劑:聚烯烴填充母料使用的助劑品種主要是分散劑或潤滑劑。分散劑的作用是改善母料加工流動性,有利于母料在基體樹脂中更均勻地分散。常用的分散劑有:白油、石蠟、聚乙烯蠟、偶聯劑、硬脂酸和硬脂酸鹽等
 
  2.2、納米硫酸鋇功能母粒的生產工藝
  納米硫酸鋇功能母粒的生產工藝跟普通碳酸鈣填充母粒有一些不一樣的地方,因為納米硫酸鋇粒徑尺寸達到100納米左右,對分散性控制要求高,一般工藝設備很難保證穩定性,不容易生產加工,另外因為粒徑小,表面能大,生產造粒過程母粒表面粘度大,必須很好的降溫,才能保證粒子不粘粒和表面光澤好看。
 
  2.2.1、生產工藝1:高混機+雙螺桿擠出機+單螺桿造粒機
  現有主要的納米硫酸鋇母粒生產企業都是采用此工藝,采用高混機+雙螺桿擠出機+單螺桿造粒機基本可以滿足現有納米硫酸鋇母粒的各種產生要求。先將各種載體樹脂、助劑和粉體加入高混機,進行預分散和塑化,然后進入雙螺桿進行剪切分散,直接進入單螺桿降溫壓縮,保證粒子外觀,最后采用風冷切粒。
  2.2.2、生產工藝2:密煉機+單螺桿造粒機
  也有部分納米硫酸鋇功能母粒生產企業都是采用密煉機+單螺桿造粒機的生產工藝,此工藝還無法滿足現有納米硫酸鋇功能母粒的各種產生要求。主要分散不穩定,另外對配方要求比較高。生產時將各種載體樹脂、助劑和粉體加入密煉機,進行預分散和塑化,然后用強制喂料直接加入單螺桿降溫壓縮,最后采用風冷切粒。整體粒子外觀更漂亮,看起來更透。
  2.2.3、生產工藝3:高混機+雙螺桿擠出造粒機
  還有少部分納米硫酸鋇功能母粒生產企業都是采用高混機+雙螺桿擠出造粒機的生產工藝,此工藝還無法滿足現有納米硫酸鋇功能母粒的各種產生要求。分散整體還可以,另外對配方要求比較高,熔指要求偏高。生產時將各種載體樹脂、助劑和粉體加入高混機,進行預分散和塑化,然后用雙螺桿擠出機直接進行剪切分散,最后采用風冷切粒。
  三、納米硫酸鋇功能母粒現有市場情況和發展分析:
  目前全世界塑料產量大約在3億噸左右,其中聚乙烯和聚丙烯產量在1.5億噸左右,隨著新興市場的發展,未來還會大幅度的增加,主要的增長市場集中在亞太地區。中國國內現有塑料制品產量在7500萬噸左右,其中聚烯烴制品在3500萬噸左右。國內功能填充母粒生產量在150-200萬噸左右,其中納米硫酸鋇功能母粒市場產量8--10萬噸左右,主要應用于聚烯烴薄膜制品,另外色母粒市場產量在80--100萬噸左右,(黑色母45%、白色母20%彩色母粒25%、其它10%)。
  國內主要的納米硫酸鋇功能母粒生產廠家和產量分析,其中較大的廠家集中廣東,山東等地。
 
下圖為納米硫酸鋇功能母粒的主要生產廠家:
  塑料薄膜行業發展到現有階段,技術創新越來越少,隨著行業價格透明度越來越高,競爭越來越激烈,企業利潤空間越來越小,一般公司毛利潤都在10%-15左右,企業除了尋找新的材料提高本身技術和質量外,降低成本也是每個塑料薄膜企業的重中之重。
 
  現生產的納米透明硫酸鋇功能母粒現階段恰好是各個塑料公司需要和適合的填充改性助劑,因納米硫酸鋇功能母粒透明性高,光澤好,可以提高產品的力學性能,穩定性好,添加納米硫酸鋇透明功能母粒既能降低成本,又起到節約石化能源,起到綠色環保作用。吹膜級塑料聚乙烯價格一般都在9000-12000元人民幣每噸左右,添加10%就能為客戶提高3-5%的凈利潤,比較有吸引力,相對碳酸鈣和滑石粉填充母粒來說,不會影響質量,有比較大的質量優勢。
 
  未來產品要具有絕對的競爭力,我認為必須達到以下幾點的研發管理水平。
  1、有效的降低成本。(提高粉體含量和降低管理成本)
  2、開發不同行業的專用配方,加大市場份額。(如高壓膜、農地膜、高光PP、ABS、PS等等)。
  3、提高分散和應用的穩定性。(跟進質量管理,提高品牌影響力,提高附加值)

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