1 矿物粉体材料在塑料中的应用现状
1.1 从不同角度看矿物粉体材料在塑料中的应用
(1) 用量。矿物粉体材料在塑料中用量达700～1000万t/a(添加量按平均10%～15%计算)。
(2) 品种。常用的矿物粉体材料有碳酸钙(重钙、轻钙、纳米钙)、滑石、高岭土、硅灰石、水镁石粉、云母粉等诸多品种，见表1。
表1 矿物粉体材料品种、添加比例和作用
(3) 添加比例。按使用目的主要为：①以填充增量为主要目的，一般可用到几十到几百phr(以基体树脂为100份时，填充材料的质量份数)；②以改善性能和降低成本为目的，一般可用到十几份到几十份；③以增加功能(如阻燃、磁性、耐热等)为主要目的，按达到预期功能所要求的份数添加，然后再考虑保持适当力学性能的问题。
(4) 从发展前景看，矿物粉体材料的售价在相当长的时期内，尽管可能有小幅攀升，下游用户也可以接受。期待有特殊功能的粉体材料投产上市，如对塑料薄膜透光度影响小的以及不影响无纺布喷丝的粉体材料等。对已具有明确功能特性的粉体材料，如硅灰石粉，主要任务是研究如何将其用好。
2 在塑料中常用的矿物粉体材料特点及作用
2.1 碳酸钙
碳酸钙是塑料中使用的粉体材料中最重要的一类，年用量700多万t，占塑料粉体材料用量的70%。碳酸钙作为填料使用较之其他粉体材料具有的优势为：①价格低廉；②无毒、无味、无刺激性；③色白，易着色，对其他颜色干扰小；④硬度低，对加工设备及模具的磨损轻；⑤化学稳定性好，与大多数基体塑料不发生化学反应，也不会使基体塑料的大分子降解或交联；⑥热稳定性好，热分解温度在800℃以上；⑦易干燥，无结晶水，水分易除去。
2.2 滑石
滑石是塑料使用的仅次于碳酸钙的第二大类矿物粉体材料，每年用量上百万吨。利用滑石颗粒的片状结构可以提高基体塑料的刚性和耐热性，因此从这一目的出发对滑石的要求即在达到较小粒径的同时，应具有较大的径厚比。滑石和云母、高岭土等含硅元素的矿物粉末对红外光有阻隔作用，可以用来做农用塑料棚膜的保温剂。滑石的阻隔效果最差，但价格最低且使用方便，仍是使用的主流。对于这种用途的滑石不要求有大的长径比，只要求粒径小和色泽好即可。
近年来滑石大量被用于聚乙烯塑料薄膜，主要原因是滑石的折光率与聚乙烯基体塑料较为接近，使用滑石为填料，较之重钙等填料，可以使聚乙烯薄膜有更好的透光性。
2.3 高岭土
目前我国塑料行业使用的高岭土主要有两大类，即水洗高岭土和煅烧高岭土。由于价格的原因和使用不很方便，煅烧高岭土仅用于提高基体塑料的电绝缘强度。近年来发现高岭土对红外线阻隔作用显著，可以在农用塑料棚膜中作为保温剂使用。
高岭土填充塑料，可以在不显著降低延伸率和冲击强度的情况下，提高玻璃化温度较低的热塑性塑料的拉伸强度和模量。高岭土加入到聚丙烯中还可以起到成核剂作用，可使聚丙烯的结晶数量增多，晶粒尺寸减小，从而提高刚性和强度。
2.4 云母
云母主要用于提高塑料制品的刚性和耐热性，加工过程中必须妥善保持其片状颗粒的高径厚比，否则不易达到增强的效果。云母的透光性使得它在农用塑料薄膜中的应用成为可能。在几种同样具有散光和阻隔红外线功能的无机填料中，填加云母的薄膜在透光率降低微小的情况下可大大提高散光率，同时对7～25nm波长的红外线的阻隔作用最好。
2.5 硅灰石
在塑料基体中分散状态良好的针状硅灰石有助于提高基体塑料的拉伸强度和挠曲强度。硅灰石还有助于提高填充塑料的耐水性，可以改进在潮湿环境下使用的尼龙制品的吸水性，尼龙吸水后将导致强度和模量的明显下降。
2.6 镁、铝氢氧化物
氢氧化镁和氢氧化铝加入到塑料中可兼具填充、阻燃、消烟三大功能，是当前研制生产低烟无卤阻燃塑料首选的阻燃材料。
2.7 蒙脱石
蒙脱石是一种层状硅酸盐矿物，由于能够用来制作纳米塑料，近年来得到各界高度重视。例如含有4.2%蒙脱石的尼龙6，较之纯尼龙6拉伸强度提高50%，模量提高一倍，热变形温度提高近90℃，同时透明度提高，吸水性下降，而材料的抗冲击性能基本不变。这是因为蒙脱土的片层以纳米尺度均匀分散在尼龙6基体中成为剥离型复合材料，即形成了真正意义上的纳米塑料。
3 塑料加工行业对矿物粉体材料性能关注点及要求
3.1 总体要求
对矿物粉体材料的总体要求为：①价格适当；②杂质及有害成分尽可能地少；③硬度尽可能低；④使用简单、方便；⑤突出粉体材料的功能性。
3.2 对矿物粉体材料性能的关注点及要求
(1) 几何特征。通常粉体材料作为填料使用。颗粒的形状并不十分规则，但对塑料的性能来说，填料颗粒的几何形状对填充体系的物理机械性能有着重要的影响，因此粉体材料的颗粒形状是使用时首先需要预以关注的。
(2) 粒径。填充改性技术重要一点是将粉体颗粒均匀地、尽可能一个一个地分散到塑料基体中，如同大海中的大大小小的岛屿，称之为海岛结构。一般填料颗粒的粒径越小、分散越均匀，则填充体系的力学性能越好；但粒径越小，加工成本越高，实现其均匀分散越困难。因此了解粉体颗粒的粒径大小及其分布，根据实际需要加以选择非常重要。
(3) 比表面积。比表面积的大小对填料与树脂之间的亲合性、填料表面活化处理的难易与成本都有直接关系。
(4) 表面自由能。填料颗粒表面自由能大小关系到填料在基体树脂中分散的难易，当比表面积一定时，表面自由能大，颗粒相互之间越容易凝聚，越不易分散。在填料表面处理时，降低其表面自由能是主要目标之一。
(5) 密度。填料的表观密度与填料颗粒堆砌状态有关。在塑料填充改性领域真正影响填充体系整体密度的是填料单个颗粒的密度以及它们在塑料基体中的存在形式，如是否凝聚在一起，以及和基体塑料分子之间有无空隙等。
(6) 吸油值。单位质量的填料能够吸收增塑剂二辛酯(DOP)的量称之为吸油值。
(7) 硬度。填料颗粒本身的硬度具有双重性，一方面硬度高的填料可以使填充塑料材料的耐磨性提高，另一方面由于加入了填料，尤其是硬度高的填料，填充体系在加工过程中容易对物料所接触的加工设备与模具的表面造成磨损。
(8) 白度。填料的白度高低对所填充塑料材料及制品的色泽乃至外观致关重要。
(9) 折射率。当粉体填料的折射率与塑料基体的折射率相同或相近时，填充塑料对光的遮盖性影响较小，反之填充塑料对光的遮盖作用就强。
(10) 光线的吸收和反射。紫外线可使聚合物的大分子发生降解。在农用大棚膜中使用云母、高岭土、滑石等填料，可以吸收和反射红外线，降低红外线的透过率，提高农用大棚膜的保温效果。
(11) 热性能。填充塑料加工大多都涉及加热、熔融、冷却定型等过程，填料本身的热性能及其与塑料基体之间的差别会对加工过程产生影响。
(12) 电性能。金属是电的良导体，因此金属粉末作为填料使用可影响填充塑料的电性能。非金属矿物制成的填料都是电的绝缘体，从理论上说不会对塑料基体的电性能带来影响。填料在粉碎和研磨过程中，由于价键的断裂，有可能带上静电，形成相互吸附的聚集体，在制作细度极高的微细填料时更容易发生。
(13) 磁性能。具有磁性的粉末物质可用来制作磁性塑料。
(14) 热化学效应。高分子聚合物容易燃烧，大多数填料由于本身的不燃性，可以起到减少可燃物浓度、延缓基体燃烧的作用。
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