填充劑(英文名稱filler)又名填料、填加劑、填充物(additive;addition agent;stuffing bulking agent)。加入物料中可以改善物料性能，或能增容、增重，降低物料的成本的固體物質(zhì)。通常不含水、中性、不與物料組分起不良作用的有機物、無機物、金屬或非金屬粉末等均可作為填充劑。常用的工業(yè)填充劑有高嶺土、硅藻土、滑石粉、石墨、炭黑、氧化鋁粉、玻璃粉、石棉粉、云母粉、石英粉、碳纖維、粉末狀軟木、金剛砂等。在化工生產(chǎn)的塑料加工、橡膠加工、紙張、涂料、農(nóng)藥、醫(yī)藥等產(chǎn)品中大量使用各種填充劑，不但改善了這些產(chǎn)品的性能，也大大降低了生產(chǎn)成本。

　　(1)基本特性要求：填充劑的基本特性是指其在應(yīng)用中對被填充物和填充物構(gòu)成的復(fù)合體性能影響最大的，起主導(dǎo)作用的特性。

　　A 顆粒的形狀特征和大小:顆粒的是填充劑的基本單元，顆粒的形狀、大小是顆粒的基本參數(shù)。顆粒的形狀有球形、立方體、塊狀、片狀、纖維狀等，通過當(dāng)量球徑來定義粒徑的大小;

　　B 顆粒大小分布：填充物本身是顆粒的聚集體，不可能是大小均一顆粒的聚集，通過篩析來分級，去除一些級分。顆粒大小分布是填充物的重要性質(zhì)，一般通過顆粒分布曲線表示，它直接影響其流變性、耐磨性、顆粒堆砌等特性;

　　C 顆粒的比表面積和表面自由能：比表面積是單位質(zhì)量填充物的表面積，以m/g表示。其值大表示填充物提供的接觸面大，涉及填充物吸附能力和化學(xué)反應(yīng)能力，表明接觸的機會就多;表面自由能是指固體填充物顆粒在液體物料中分散?；蛘咭后w浸潤填充物顆粒，在接觸面上必須克服由于各自的分子間的內(nèi)聚力大于兩個不同組分之間的吸引力的能量堡壘。其值大小和填充物比表面積和組成有關(guān)，直接影響填充物在高分子物料中的分散程度;

　　D 顆粒的堆砌密度：是指一定質(zhì)量填充物所占的體積，它直接影響被填充物的質(zhì)量和效能;

　　E 填充物的化學(xué)組成：代表填充物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，組分相同的兩種填充物，填充后顯示的性能不同，這表明填充物的化學(xué)組成不能完全代表其性能，其他諸如顆粒大小、顆粒分布等性能，對填充效果也有重要影響。

　　(2)填充物的功能特性：填充物有許多特殊的功能，表現(xiàn)在：

　　A 光學(xué)性質(zhì)：光反射性，填充物具有好的光反射性，可以使被填充物色澤鮮亮、美觀大方。熒光填充物可以在光線暗處顯示標(biāo)識，利用折射率的不同可以增強或減弱光照;

　　B 熱學(xué)性能：包括填充物的導(dǎo)熱性、比熱容、熱膨脹性、熱穩(wěn)定性等直接影響被填充的熱學(xué)性能好壞;

　　C 電學(xué)性能：填充物理論導(dǎo)電性能和實際導(dǎo)電性能存在差異，這是由于填充物表面含有氫氧基、表面吸附自由離子、變價金屬化合物雜質(zhì)等原因造成，在使用時要考慮這些因素對被填充物性能的影響。

　　填充物種類和品種繁多，主要有以下幾類：

　　(1)碳酸鈣類：碳酸鈣是最普通和最廉價的填充物，不同來原和性能的碳酸鈣如下：

　　A 普通碳酸鈣(白堊)：白色晶體或粉末，比重2.70-2.95，溶于酸而難溶于水。加熱到825℃分解為氧化鈣和二氧化碳。

　　天然產(chǎn)的碳酸鈣礦物有石灰石、方解石、白滅、大田石等，將它們磨成粉后叫為普通碳酸鈣。它們又有干解與濕磨之別，粒徑在1.5-44微米之間，干磨者粒度大于20微米而濕磨者小于20微米。

　　B 沉淀碳酸鈣：用二氧化碳通入石灰水或碳酸鈉溶液與石灰水發(fā)生沉淀作用生成的粉狀碳酸鈣，一般分為：

　　輕質(zhì)沉淀碳酸鈣：比重2.50-2.60

　　重質(zhì)沉淀碳酸鈣：比重2.70-2.80

　　沉淀碳酸鈣粒徑為1.0-16微米， 比表面積為5-25 m/克，折光率1.49，pH值10左右，不溶于水和醇，遇酸放出二氧化碳;有輕微吸濕性。

　　C 活性輕質(zhì)碳酸鈣：這是一種粒子表面吸附一層脂肪酸皂的輕質(zhì)碳酸鈣，無味無嗅的白色粉末，比重1.99-2.01。水分在0.5%以下，硬脂酸含量2-5%，粒徑小于0.1微米，比表面積25-28m/克，折光率1.49。不溶于水和醇，遇酸分解放出二氧化碳，在空氣中放置無化學(xué)變化，只有輕微吸濕能力。活性比普通碳酸鈣大，略具有增強作用。

　　(2)炭黑類：這類填充劑包括各種炭黑。炭黑是以液體或氣體碳?xì)浠衔餅樵?，在空氣不足的條件下經(jīng)部分燃燒或熱分解所生成的產(chǎn)物。炭黑的元素組成主要是碳，只含有少數(shù)氫和氧，是具有“準(zhǔn)石墨晶體”構(gòu)造和膠體粒徑范圍的黑色粉狀物質(zhì)。因生產(chǎn)技術(shù)不同，炭黑可分成多種品級，但塑料工業(yè)中常使用的有以下兩種：

　　A 天然氣槽黑：黑色粉狀物質(zhì)，表面比較粗糙，在空氣中易吸潮。平均粒徑23-30毫微米，比表面積130-160m/克。

　　B 混氣槽黑：這是一種用煤焦油中的蒽油、萘油等氣化后和天然氣混合為原料制成的炭黑。

　　所謂炭黑的“結(jié)構(gòu)”是指炭黑聚集成串排列的趨向，這種“結(jié)構(gòu)”對炭黑—聚合物系統(tǒng)的流變性能起重要的作用。“高結(jié)構(gòu)”炭黑促進(jìn)聚合物高粘度、高彈性模量、低流動速率和光滑的低溶脹擠出，炭黑加入聚合物中既有保護(hù)光降解和抗熱氧化作用，又能提高塑料制品的剛性。

　　(3)纖維素類

　　A 碎紙：可用牛皮紙、白紙、著色紙等度紙為填充劑。一般是將紙張浸泡于樹脂中，干燥后切片，然后以此為材料壓制成板材。

　　B 木粉：廣泛用于熱固性樹脂，抗沖強度高、收縮性小、電性能好、價廉。木粉粒子以大小均勻為好，木片、樹皮等大顆粒應(yīng)除去。

　　C 棉屑：棉屑是由棉布剪裁或棉紡凈化對所獲得，填充棉屑的塑料制品抗沖性能有改善，而且體積大。

　　D α-纖維素：α-纖維素是一種無色纖維素，為木漿經(jīng)堿處理后的產(chǎn)物。主要用于淺色脲醛及三聚氰胺甲醛樹脂配方中。用α-纖維素作填充劑的制品其抗沖強度沒有木粉作填充劑的制品好，硬度較高、不影響比重，而成型收縮率低。

　　E 花生殼：花生殼是含酚量很高的、來源豐富的廉價填充劑。花生殼粉可以適當(dāng)改進(jìn)HDPE、PS、PP的性能并降低成本?；ㄉ鷼し郾砻娲篌w上無極性特征。其吸水性也較木粉小。

　　F 胡桃殼：胡桃粉是加工胡桃時產(chǎn)生的廢料，由于含有大量木質(zhì)樹脂和角質(zhì)蠟，所以它是不吸水的。

　　G 玻璃纖維;主要用于塑料增強。

　　(4)硅酸鹽類

　　A 石棉：白色至灰白色纖維狀物質(zhì)?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐堿性強、耐酸性差，絕電、絕熱性能好。在塑料工業(yè)中，石棉一般指溫石棉。溫石棉纖維長度不一，天然產(chǎn)品長度約1英寸，直徑0.025-0.035微米，工業(yè)應(yīng)用時需磨短。纖維有細(xì)軟絲狀和粗糙狀之分。粗糙狀纖維不可彎曲、研磨時容易折斷;而細(xì)軟絲狀則可彎曲，不易折斷，但強度大，在塑料工業(yè)中的應(yīng)用也較廣泛。

　　B 陶土：陶土的主要成分為高嶺土，用于聚酯和環(huán)氧樹脂方面有耐磨及吸水性低的優(yōu)點。經(jīng)600℃煅燒后稱為煅燒陶土，經(jīng)研磨成細(xì)粉末后可用作聚氯乙烯填充劑，并可改善塑料的電絕緣性能。煅燒陶土質(zhì)硬難以磨細(xì)，所以加入煅燒陶土的制品表面光滑度不及加入碳酸鈣的好。陶土煅燒溫度如超過1000℃，則質(zhì)硬，很難細(xì)磨，電絕緣性能反而降低，故不宜作塑料的填充劑。

　　陶土有吸濕性，所以要注意貯藏條件，避免受潮。陶土的吸增塑劑量大于碳酸鈣。

　　C 云母：這是云母族礦物的總稱，是復(fù)雜的硅酸鹽類，單斜晶系，晶體常成假六方片狀。集合體是鱗片狀，有玻璃光澤。解理平行底軸面極完全。薄片具有彈性，種類很多，在塑料工業(yè)中廣泛使用的有以下幾種：

　　白云母:白色、淡黃色、談棕色或筋紅色，薄片透明，比重2.76-3.1，硬度2.0-2.5

　　黑云母:黑色、深棕色或深綠色，比重2.8-3.2，硬度2.5-3.0。

　　金云母:金云母也稱鎂云母，黃色至深棕色。云母具有優(yōu)良的耐熱、耐酸堿性和電氣絕線性。云母粉也易與樹脂混合。

　　D 滑石:白色或淡黃色，單斜晶，常成片狀、鱗片狀或致密塊狀集合體。玻璃光澤，片狀解理極完全。滑石有滑膩感，極軟，化學(xué)性質(zhì)不活潑，耐火性和電絕緣性均良好。

　　E 硅酸鈣(硅灰石):硅酸鈣也可稱為硅灰石，用于提高熱固性樹脂、PVC、聚烯烴、尼龍和環(huán)氧樹脂的耐化學(xué)、耐濕性能，降低成型收縮率，并有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性、韌性、硬度、電和熱的絕緣性。

　　F 中空微球：中空微球可由熔體噴射法、直接加熱發(fā)泡法、發(fā)泡劑發(fā)泡法、芯材分解法、加熱炭化法、煙囪灰回收法等多種方法制成。

　　(5)二氧化硅類:

　　A 硅藻土：硅藻土是由硅藻的硅質(zhì)細(xì)胞壁組成的一種生物化學(xué)沉積巖。淺黃色或淺灰色。質(zhì)軟，多孔而輕，易磨成粉末，能強吸水性，溶于強堿溶液，是絕熱、聲、電的材料。

　　B 石英：石英是分布很廣的一種造巖，三方晶系。常成六方柱和六方雙錐形晶體，并成晶簇和晶洞。透明、半透明或不透明。無解理、貝殼斷口。晶面有玻璃光澤。斷口是類似脂肪光澤的玻璃光澤。塑料工業(yè)中作填充劑用的一般是石英粉。

　　C 硅石：硅石在自然界中分布很廣，呈白色或無色，硅石的耐熱、耐化學(xué)品性能很好，熱膨脹系數(shù)低電絕緣性能好。

　　D 白炭黑(也稱膠體二氧化硅、水合二氧化硅，氣相二氧化硅)。白色無定形細(xì)微粉末，折光率1.46，粒徑及含水量隨制法不同而異。白發(fā)黑絕緣性好，不溶于水和酸、溶于苛性堿及氫氟酸，受高溫不分解，吸水性強，在空氣中易潮解，性能與炭黑類似，但呈白色，在空氣中吸收水分后成為聚集的細(xì)粒子。

　　(6)金屬氧化物

　　A 二氧化鈦(又名鈦白粉):金紅石和鈦鐵礦是生產(chǎn)二氧化鈦的二種最主要的天然礦物。在塑料工業(yè)中應(yīng)用的以金紅石為主，將它與氯氣反應(yīng)生成四氯化鈦，然后水解即可得純二氧化鈦。

　　用于塑料的二氧化鈦應(yīng)是有良好耐光性的白色粉末，雖然在塑料，特別是在聚氯乙烯配方中，二氧化鈦的應(yīng)用在百份樹脂中可達(dá)50份，但嚴(yán)格地況，它一般不作為填充劑用而把它看成是一種萬能的白色顏料。

　　此外，如氧化鋅、三氧化二銻也是白色粉狀料，與二氧化鈦一樣也是一種具有填充劑作用的白色顏料。

　　B 金屬粉:為了使塑料有金屬的色澤，增加導(dǎo)電、導(dǎo)熱性和提高剛性、硬度、耐熱性等，往往在塑料中添加不同量的各類金屬粉末。

　　(7)無規(guī)聚丙烯(簡稱APP)

　　丙烯采用齊格勒—那塔催化劑聚合時，可以獲得95%左右的高等規(guī)度，但畢竟還有5%的無規(guī)聚丙烯存在，它們是粘稠物，沒有什么機械強度和耐熱性，因此曾作為聚丙烯生產(chǎn)廠的累贅。但是經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)這種無規(guī)聚丙烯中混入一定量的碳酸鈣制成的APP填充母料在聚丙烯、聚乙烯和聚氯乙烯的加工中都能起很好的作用，添加量一般可達(dá)20%左右。這不僅對無規(guī)聚丙烯是變廢為寶的出路，而且提高了被填充塑料的塑性、韌性和彈性，又降低丁生產(chǎn)成本。用APP填充母料作填充劑的聚丙烯可以用來生產(chǎn)打包帶、撕裂薄膜、扁絲、編織袋、周轉(zhuǎn)箱、中空容器等。

　　填充劑的應(yīng)用：

　　填充劑應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，對被填充物料的性能影響大，由填充劑構(gòu)成的復(fù)合材料應(yīng)用廣泛，主要的應(yīng)用如下：

　　(1)橡膠用填充劑：無論天然橡膠，還是合成橡膠，大多橡膠加工制品中填充劑的加入量占其總重量的10~50%，應(yīng)用的品種幾乎概括了所有填充劑品種，采用的加入方法主要是混煉。根據(jù)對橡膠制品磨耗、伸長率、硬度拉伸強度、永久變形、撕裂強度、會彈性等要求的不同選用不同的添加劑及加入量，改善其性能及經(jīng)濟性;

　　(2)塑料用填充劑:可以將塑料用填充劑分為兩類，其一是增量填充劑，其二是增強填充劑。前者的作用主要是降低成本，但用于填充劑的加入，是熱塑性塑料的密度、硬度、彈性模量、力學(xué)性能對溫度的依賴性也發(fā)生改變。增強填充劑的應(yīng)用 ，除了降低成本之外，主要作用是提高了塑料的強伸性能及沖擊強度，因此合理選擇增量填充劑和增強填充劑品種和用量及匹配能產(chǎn)生雙重的效果;

　　(3)造紙用填充劑：在造紙工業(yè)中為了提高紙張質(zhì)量和降低成本，要在紙漿中加入基本不溶于水的填充劑，從而改進(jìn)紙張的印刷性能、柔韌性、強度等，加入量1~40%，主要品種是碳酸鈣等;

　　(4)涂料用填充劑：填充劑在涂料中起骨架的作用，增加涂抹的厚度，降低涂料的成本，賦予涂料某些特殊性能，如耐腐蝕、耐久性、增容不強等作用，主要品種有碳酸鈣、云母、二氧化硅、高嶺土等。

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