1.1 有關(guān)納米碳酸鈣的問題

納米技術(shù)和納米塑料是近年來非常活躍而同時又屢遭非議的領(lǐng)域。標(biāo)有納米字樣的研究成果及產(chǎn)品到處可見，其中不乏真識卓見，也有一些工業(yè)化的產(chǎn)品進(jìn)入市場，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比明顯提高，即可認(rèn)定有其產(chǎn)業(yè)化的價值，而從學(xué)術(shù)的角度看，納米僅僅是一個長度的度量單位，具有納米尺度的(通常公認(rèn)三維方向至少有一個方向的長度小于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，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，從而帶來材料性能質(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)，此時復(fù)合材料的性能將會有所改進(jìn)，但幅度不會太太，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)過程中某一時刻，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、干燥過程中，這些原生粒子又團(tuán)聚起來，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 增重問題

使用資源相對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，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，填充HDPE的密度達(dá)到2.0g/cm3。密度增大對以長度、面積、制件個數(shù)計算價值的塑料制品來說，有可能因?yàn)槊芏仍龃髮?dǎo)致長度、面積下降或制件個數(shù)減少，不僅抵消了使用廉價礦物粉體材料帶來的利益，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礦物粉體材料的問題，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，然后才談得上對資源、對環(huán)境的社會效益。填充塑料因密度增大而“增重”的問題已經(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密度大的礦物粉體材料帶來的負(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)過程中基體塑料被單向拉伸時，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，從制品長度看，可以控制加工過程使之仍能達(dá)到不加填料時的長度，因此這些單向拉伸制品在填料添加量高達(dá)20%以上時，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”帶來的影響不大。在聚乙烯塑料薄膜加工過程中，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，就能緩解甚至徹底解決“增重”問題。

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，如通過不同種類填料搭配使用，或預(yù)先對填料顆粒進(jìn)行處理呈發(fā)泡體再與基體塑料混合，以及在注射成型時采取特殊工藝等方法，都取得了一定的效果。可以認(rèn)為在“增重”問題上的突破并可用于實(shí)際生產(chǎn)，將為改性塑料的發(fā)展帶來革命性的影響，值得我們?yōu)橹?/span>!