一、超微細(xì)粉體應(yīng)用需求
1.1、國內(nèi)橡塑和涂料等行業(yè)的迅猛發(fā)展急需高性能的非金屬超微細(xì)粉體
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，塑膠和涂料等行業(yè)也處于高速的發(fā)展之中，作為橡膠、塑料和涂料填料的非金屬超細(xì)粉體也獲得了高速的發(fā)展，據(jù)美國行業(yè)估算，現(xiàn)今全球粉體填料需求超過3.2萬億噸。而且對(duì)非金屬超微細(xì)粉體的質(zhì)量也提出了更高的要求，如粒徑、白度、比表面積、表面改性和分散性等也提出了更高的要求。因此對(duì)高性能超微細(xì)粉體制備技術(shù)的深入研究與開發(fā)也變得極為迫切和必要。
1.2、人們生活水平的提高和對(duì)高品質(zhì)產(chǎn)品的要求促進(jìn)超微細(xì)粉體技術(shù)的進(jìn)步
傳統(tǒng)的非金屬粉體是一種降低成本的填充料，而現(xiàn)在非金屬粉體不僅作為一種降低成本的填料，同時(shí)也作為一種改善或增強(qiáng)產(chǎn)品性能的原料，而且后一種功能的作用越來越明顯。因此，對(duì)超微細(xì)粉體的性能和質(zhì)量的要求也越來越高，單一的粉體和經(jīng)簡(jiǎn)單混合制備出的復(fù)合粉體不能滿足生產(chǎn)的需要。必須開發(fā)出生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行的高性能超細(xì)微復(fù)合粉體生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)出滿足塑膠和涂料等高分子材料高性能化的超細(xì)微復(fù)合粉體。
1.3、國家政策的鼓勵(lì)及支持。
超微細(xì)新材料的研究與開發(fā)為國家鼓勵(lì)創(chuàng)新的高新技術(shù)，近年來國家加大了對(duì)超微細(xì)材料技術(shù)研究的扶持力度。因此超細(xì)微復(fù)合粉體的研究與開發(fā)不僅有市場(chǎng)的需求，同時(shí)也有國家政策鼓勵(lì)與扶持，符合國家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。
二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)
細(xì)粉體技術(shù)是隨近代科學(xué)的發(fā)展而發(fā)展起來的一門科學(xué)技術(shù)，是材料科學(xué)的一個(gè)重要組成部分，超細(xì)粉體不僅本身是一種功能材料，而且為新的功能材料的研究與開發(fā)提供了基本的原料，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著極其重要的作用。目前，超微細(xì)粉體開發(fā)日益受到重視，英、美、日等發(fā)達(dá)國家擁有專門從事粉體研究與開發(fā)的工程研究所，研究重點(diǎn)在精細(xì)陶瓷，電子和光學(xué)等領(lǐng)域需要的復(fù)合材料。我國高性能超細(xì)粉體的研究與開發(fā)處于起步階段，近來在高檔涂料和塑膠等行業(yè)引進(jìn)一些先進(jìn)的技術(shù)，但至今仍未建立起與之配套的高性能粉體材料工業(yè)體系，一些高性能的粉體材料仍需靠進(jìn)口。目前，非金屬超微細(xì)粉體的國內(nèi)外總體技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)如下：現(xiàn)今非金屬超微細(xì)粉體的加工已由傳統(tǒng)的半機(jī)械性的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為全自動(dòng)化的大規(guī)模性生產(chǎn)；由大耗能的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)入節(jié)能性的模式；制備方法也由過去的物理法、化學(xué)法等單一方法發(fā)展到多種方法相結(jié)合式的生產(chǎn)；粉體復(fù)合的方法也由單一生產(chǎn)，然后再進(jìn)行復(fù)合轉(zhuǎn)變?yōu)橐婚_始進(jìn)料就進(jìn)行復(fù)合生產(chǎn)；超微細(xì)粉體的功能型目的加強(qiáng)，以復(fù)合技術(shù)加強(qiáng)粉體多種功能的趨勢(shì)明顯；向納米技術(shù)發(fā)展。世界粉體工業(yè)的總體發(fā)展趨勢(shì)在技術(shù)上是向微細(xì)化、高純化、功能化、精細(xì)化和復(fù)合化方向發(fā)展；在加工設(shè)備與工藝上是向大型化、多樣化、節(jié)能化和自動(dòng)化方向發(fā)展。
我國有豐富的粉體工業(yè)原料和市場(chǎng)，粉體工業(yè)發(fā)展的前景十分看好。隨著國內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，各類新產(chǎn)品在新技術(shù)的支持下不斷出現(xiàn)，原料的精細(xì)與功能化使國內(nèi)對(duì)高性能超細(xì)粉體的需求增加。僅在涂料行業(yè)，涂料用鈦白粉2000年達(dá)18萬噸，涂布高嶺土45萬噸，橡塑填料、涂料、染料、醫(yī)藥和日化等行業(yè)對(duì)高質(zhì)量粉體產(chǎn)品的需求加快。
三、國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)
近年來，隨著以橫向交叉技術(shù)為先導(dǎo)的新興產(chǎn)業(yè)不斷形成，我國的粉體工業(yè)也伴隨著粉體技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展而形成規(guī)模。粉體的加工處理涉及到工業(yè)技術(shù)的諸多領(lǐng)域，相關(guān)的工藝過程單元包括：粉碎、分級(jí)、混合、分散、改性、造粒、干燥、粉體性能檢測(cè)和貯存等，需要多學(xué)科的綜合與協(xié)作。然而，我國在粉體技術(shù)方面還相當(dāng)落后。例如，超微粉碎分級(jí)技術(shù)和設(shè)備在國外已相當(dāng)成熟，而國內(nèi)還處于從研究向工業(yè)化的過度階段；精細(xì)化粉體產(chǎn)品的品種少、產(chǎn)量小、質(zhì)量不高、不能滿足高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)原料的要求；高要求的粉體復(fù)合技術(shù)還處于研究開發(fā)階段；助劑的應(yīng)用及粉碎同其它化工單元操作的聯(lián)合作業(yè)水平較低；很多必須用到高性能、精細(xì)化粉體產(chǎn)品的領(lǐng)域仍依靠引進(jìn)國外設(shè)備和技術(shù)來解決問題，有些則需購買國外產(chǎn)品；化學(xué)法制備超細(xì)粉體（納米粉體）技術(shù)逐漸出現(xiàn)，但因能耗等成本費(fèi)用高而難于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，其應(yīng)用技術(shù)還有待開發(fā)；國內(nèi)應(yīng)用超微粉體的行業(yè)，由于缺少優(yōu)質(zhì)粉體原料而使其產(chǎn)品質(zhì)量和檔次受到影響；向國外出口的某些非金屬礦產(chǎn)品，也由于缺乏技術(shù)和加工能力而廉價(jià)銷售，造成資源的流失。
四、超微細(xì)粉體面臨的技術(shù)難題
超微細(xì)粉體應(yīng)用廣泛，而單一粉體很難滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，所以現(xiàn)實(shí)生活中使用的多為兩種或兩種以上的粉體混合體。在制備這種粉體混合體的過程中，各組分之間涉及相互作用，排列及分散等過程。組分的分散性，均勻性對(duì)粉體的性能影響很大。而目前的生產(chǎn)技術(shù)在這方面性能上較難達(dá)到實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)參數(shù)要求，因此，如何實(shí)現(xiàn)多種粉體的均勻混合、性能互補(bǔ)與優(yōu)化成為國內(nèi)外超微細(xì)粉體行業(yè)面臨的共同難題。
五、主要研究開發(fā)內(nèi)容、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新突破點(diǎn)
本課題擬就粉體產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中面臨的技術(shù)瓶頸進(jìn)行進(jìn)行研究探索，意圖解決提升超細(xì)復(fù)合粉體的分散性、補(bǔ)強(qiáng)性、耐磨性、阻燃性等性能所面臨的根本性問題，貢獻(xiàn)于粉體產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代。下面就該課題的主要研究開發(fā)內(nèi)容、擬解決的技術(shù)難點(diǎn)和創(chuàng)新突破點(diǎn)進(jìn)行闡述。
5.1、主要研究開發(fā)內(nèi)容：在高分子基體中具有高度分散性的超微細(xì)粉體的制備技術(shù)
超細(xì)微粉體在高分子基體中的分散性與相容性對(duì)高分子復(fù)合材料的性能有關(guān)鍵性的作用，如何提高超細(xì)微粉體在高分子基體中的分散性與相容性是我們研究的主要內(nèi)容之一。無機(jī)粉體在機(jī)械剪切、混合作用下復(fù)合到高分子樹脂中時(shí)，可能形成下列三種微觀分散的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。
（1）無機(jī)粒子在聚合物中形成第二聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)的形成主要取決于無機(jī)粒子的粒徑。當(dāng)粒徑足夠小，粒子間界面結(jié)合良好時(shí)，無機(jī)粒子如同剛性鏈條貫穿與高分子聚合物中，對(duì)聚合物起增強(qiáng)作用。如膠體二氧化硅和碳黑之所以對(duì)橡膠有增強(qiáng)作用，其中一個(gè)重要原因就是它們?cè)谙鹉z中形成了這種第二聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。
（2）超細(xì)粉體粒子以無規(guī)的分散狀態(tài)存在。粉體在聚合物中有的聚集成團(tuán)，有的以個(gè)別粉體粒子形式分散存在。這種分散狀態(tài)對(duì)于高分子聚合物而言，既不能起到增強(qiáng)也不能起到增韌作用。同時(shí)，由于粉團(tuán)中粒子間的相互作用很弱，引入這一狀態(tài)的超細(xì)粉體粒子實(shí)際上是向復(fù)合高分子體系中引入了致命的缺陷。
（3）超細(xì)無機(jī)粒子均勻而個(gè)別地分散在基體樹脂中，在這種情況下，無論粒子與基體樹脂間是否有良好的界面結(jié)合，都會(huì)產(chǎn)生一定的增強(qiáng)增韌效果。為了獲得增強(qiáng)增韌的粉體復(fù)合高分子材料，我們希望無機(jī)粒子呈第三種分散狀態(tài)。我們認(rèn)識(shí)到，超細(xì)無機(jī)粒子能否單個(gè)地分散于基體高分子材料中與多種因素有關(guān)：A、在加工條件固定的情況下，與超細(xì)無機(jī)粉體的表面改性包覆狀況，比表面積，表面自由能，表面極性與樹脂的表面極性，樹脂的熔體粘度等有關(guān)。B、在超細(xì)粉體性質(zhì)確定的情況下，其分散效果與加工設(shè)備的剪切作用，混合分布效率，粉體與基體高分子材料初期混合方式以及在有效分散階段的停留時(shí)間等條件有關(guān)。根據(jù)以上的認(rèn)識(shí)，我們?cè)谝韵聨追矫孀隽溯^多的研究工作，并取得了一定的進(jìn)展，這些工作的重心都是圍繞粉體材料的復(fù)配而展開的，以達(dá)到提高超細(xì)粉體在聚合物中的分散性，形成良好的復(fù)合體的目的。1、高表面能與低表面能粉體復(fù)合將高表面能粉體材料與低表面能粉體材料按一定比例復(fù)合粉碎研磨，可減輕高表面能粉體的團(tuán)聚速率和團(tuán)聚程度。這一過程中，低表面能粉體材料似乎起到了一定的隔離作用。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們將近納米級(jí)材料與微米級(jí)材料復(fù)配研磨并配以適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韯�，使較大的近納米級(jí)粉體的團(tuán)聚體進(jìn)一步細(xì)化。研磨前的近納米級(jí)粉體的團(tuán)聚體尺寸可達(dá)10-40μm，而研磨后，近納米級(jí)粉體的團(tuán)聚體尺寸減少到0.5μm以下，并且在運(yùn)輸和貯存中也不再團(tuán)聚。在實(shí)際應(yīng)用中，這些0.5μm以下的團(tuán)聚體已經(jīng)能夠?qū)Σ牧袭a(chǎn)生一定的增強(qiáng)和增韌作用。表1為未研磨前的單位份近納米團(tuán)聚體A；近納米團(tuán)聚體與微米粉體1：1復(fù)合（未研磨）B；近納米級(jí)團(tuán)聚體與微米級(jí)粉體1：1復(fù)合并研磨C；三種材料在HDPE2480中按20%填充后所得材料的性能對(duì)比。
| 性能 | 單位 | PE2480 | A | B | C
|
拉伸強(qiáng)度斷裂伸長率 彎曲強(qiáng)度彎曲模量 沖擊強(qiáng)度
| MPa MPaKJ/㎡ | 26 16.2 640 48 | 25 110 17.6 720 24 | 24.5 105 16.5 745 32 | 28
141
18.5
840
77.4
|
由測(cè)試數(shù)據(jù)可看出，即使是極微細(xì)的近納米級(jí)材料，由于其形成了較大的團(tuán)聚體，在與高分子材料的復(fù)合加工過程中，機(jī)械能無法有效地打碎這些團(tuán)聚體，因此，A的性能最差，特別是沖擊強(qiáng)度降低約50%，這就是我們前述的第二種微觀分散結(jié)構(gòu)狀態(tài)而引起的復(fù)合材料性能下降。當(dāng)近納米級(jí)粉體團(tuán)聚體與微米級(jí)材料按1：1復(fù)合研磨同時(shí)再進(jìn)行表面“同步處理”改性后，C復(fù)合物的性能大為提高，由測(cè)試可看出其剛性和韌性同時(shí)提高，這在粉體復(fù)合高分子材料中，剛性和韌性這兩個(gè)相互沖突的指標(biāo)同時(shí)得到改善是非常重要的，特別是沖擊提高了60%
2、高比表面積與低比表面積材料復(fù)配
我們認(rèn)為，將超細(xì)粉體顆粒個(gè)別而均勻地分散分布高分子材料是獲得增強(qiáng)增韌材料的必要條件。但在實(shí)際應(yīng)用中，要使所有粉體顆粒完全單個(gè)分散在高分子材料中幾乎是不可能的，經(jīng)驗(yàn)告訴我們，為制得更高性能的高分子復(fù)合材料，超細(xì)粉體應(yīng)盡可能細(xì)并且其團(tuán)聚體也應(yīng)盡可能小。
超細(xì)粉體在高分子材料應(yīng)用中，盡可能大的剪切力以及剪切力的有效傳遞是超細(xì)粉體在材料中充分分散的重要條件。例如，高色素碳黑可認(rèn)為是超細(xì)粉體材料，將其分別以40%和10%的比例添加在LDPE0.7144或LDPE1F7B中制碳黑母料，其間不加任何分散劑和潤滑劑，40%含量的母料中碳黑獲得了良好的分散，而10%含量的母料中有許多碳黑大顆粒團(tuán)聚體。實(shí)際上，碳黑的團(tuán)聚體比較容易被打碎，我們可視其為“軟團(tuán)聚”。在這一分散對(duì)比過程中，碳黑含量高的體系中PE與碳黑顆粒界面區(qū)比例大，界面壓增加了對(duì)樹脂基體一些運(yùn)動(dòng)單元（如分子鏈）運(yùn)動(dòng)的約束，使得體系粘度增大，這樣體系的剪切力增大并且剪切力的傳遞更為有效，從而利于將碳黑團(tuán)聚體打碎，被粉碎的碳黑團(tuán)聚體進(jìn)一步增大了體系的粘度，從而為打碎更小的團(tuán)聚體顆粒提供了更大的剪切力，最終使碳黑有效地分散。
因此，我們可以采用高比表面積材料增大復(fù)合過程中體系的粘度從而更有效地促進(jìn)另一粉體的分散，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。
3、片狀粉體材料與顆粒狀粉體材料復(fù)合研磨
片狀粉體材料與顆粒狀粉體材料復(fù)合研磨后產(chǎn)生的復(fù)合粉體與通常將片狀粉體與顆粒狀粉體后期相互摻混所形成的復(fù)合物明顯不同，片狀與顆粒狀粉體材料同時(shí)研磨而產(chǎn)生的復(fù)合粉體，片狀粉體的片與片之間充斥著顆粒狀粉體的細(xì)小顆粒，在分散過程中，這些顆粒具有“滾珠效應(yīng)”，促進(jìn)片狀材料的分散。而顆粒狀粉體又被片狀粉體的片層“隔離”，難以形成團(tuán)聚體，因而，這種復(fù)合粉體有相互“誘導(dǎo)”分散的作用。
而將片狀與顆粒狀粉體后期復(fù)配后即使高速混合處理也無法將顆粒狀粉體的團(tuán)聚體打開，更難以將其介入已團(tuán)聚的片狀粉體的片層之間，從而形成相互“誘導(dǎo)”分散的復(fù)合粉體。
4、超細(xì)粉體的表面改性技術(shù)
目前，國內(nèi)機(jī)械法粉體生產(chǎn)廠和高分子改性材料廠大多用高速混合機(jī)對(duì)粉體表面進(jìn)行有機(jī)物包覆改性，這種改性方式可滿足于粉體粒徑較大的材料的要求。隨著社會(huì)的發(fā)展，粉體加工向超細(xì)化方向發(fā)展，目前的超細(xì)微粉粒徑僅2-3μm，甚至更小，隨著粉體粒徑的進(jìn)一步細(xì)化，其表面能增大，比表面積增加，粉體之間更加趨向于吸附團(tuán)聚，這些團(tuán)聚體大多由幾個(gè)或幾百個(gè)單個(gè)粉體吸附在一起，后期的普通高速混合機(jī)無法將其有效打碎。在高混合機(jī)中對(duì)這樣的超細(xì)粉體進(jìn)行表面改性時(shí)，表面改性劑僅包覆在團(tuán)聚體大顆粒的表面，因而，在實(shí)際應(yīng)用中，超細(xì)粉體材料的性能得不到有效的發(fā)揮，例如，用粒徑小于10μm的粉體按10—20%的比例在高分子材料中復(fù)合，復(fù)合材料體系中產(chǎn)生20—100μm的團(tuán)聚體顆粒，嚴(yán)重影響復(fù)合材料的外觀和性能。另外，即使在液相中對(duì)超細(xì)粉體進(jìn)行表面改性也得不到單個(gè)的粉體表面改性顆粒，例如，沉淀法硫酸鋇和超重力法生產(chǎn)的納米碳酸鈣，其粉體粒徑分別為：0.8μm和50μm，然而，在液相中進(jìn)行表面包覆有機(jī)酸或分散劑，其烘干后的粉體材料中都產(chǎn)生了巨大的團(tuán)聚體顆粒，由此可見，液相處理也無法克服粉體材料的團(tuán)聚問題。
針對(duì)上述問題，也是目前困繞國內(nèi)粉體制造業(yè)的一個(gè)難題，課題組積極科學(xué)進(jìn)行超細(xì)粉體表面處理工藝的攻關(guān)，大膽提出具有創(chuàng)新思維的方案，這一工藝路線的特點(diǎn)是將表面處理劑在粉體超細(xì)加工的過程中加入，在粉體粒徑由大到小的變化過程中，處理劑能均勻地滲進(jìn)并包覆在粉體的表面。（后稱“一步法”）。
課題組工程技術(shù)人員通過不斷摸索，積累經(jīng)驗(yàn)，克服了許多工藝變化而帶來的加工性問題，使“一步法”工藝得到了實(shí)用要求，效果如下：
（1）使用相同產(chǎn)能所生產(chǎn)出的超細(xì)粉體，“一步法”工藝比傳統(tǒng)處理工藝所得到的粉體粒徑細(xì)很多�！耙徊椒ā惫に嚨姆垠w無超大顆粒的團(tuán)聚體。
（2）使用該工藝處理的粉體材料市場(chǎng)應(yīng)用表明，在使用該粉體的高分子復(fù)合材料中分散優(yōu)良，外觀無缺陷，內(nèi)在性能好且穩(wěn)定。
六、超細(xì)粉體在聚合物復(fù)合材料中應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)不同性質(zhì)的粉體材料的復(fù)合以及表面改性是本課題的關(guān)鍵所在，課題組根據(jù)市場(chǎng)的要求，將超細(xì)粉體的功能復(fù)合化，取得了1+1>2的復(fù)合效果。
6.1、可同時(shí)提高高分子復(fù)合材料剛性和彎曲模量的粉體制備技術(shù)“一步法”制備出的TD1250及TD2500系列復(fù)合粉體在提高高分子材料剛性的同時(shí)，對(duì)復(fù)合體系的韌性影響較小，而傳統(tǒng)的單組份粉體往往在提高剛性的同時(shí)過多地犧牲材料的韌性。
以下是粉體Ⅰ、粉體Ⅱ、以及Ⅰ、Ⅱ兩種材料以一定的比例復(fù)合研磨的復(fù)合粉，分別按20%用量在其聚丙烯PPK7926中使用的測(cè)試數(shù)據(jù)（表2），分別按20%在HDPEYGH641中使用的測(cè)試數(shù)據(jù)（表3），分別按20%在PVC管材中使用的測(cè)試數(shù)據(jù)（表4）。
表2 三種粉體在PPK7926中20%填充性能對(duì)比
性能
| 單位
| PPK7926
| Ⅰ
| Ⅱ
| Ⅰ+Ⅱ復(fù)合
30：70
|
屈服
斷裂
斷裂伸長率
彎曲強(qiáng)度
彎曲模量
缺口沖擊強(qiáng)度
| MPa
MPa
%
MPa
MPa
KJ/㎡
| 26
14
132
31.50
1140.5
15.16
| 22
16
60
31.70
1280.5
9.5
| 24
17.8
25
36.5
1903.5
3.5
| 24.5
16
75
37.5
2120
11.25
|
表3 三種材料在HDPE中以20%填充的性能對(duì)比
性能
| 單位
| HDPE-YGH641
| Ⅰ
| Ⅱ
| Ⅰ+Ⅱ復(fù)合40：60
|
屈服
斷裂
斷裂伸長度
彎曲強(qiáng)度
彎曲模量
缺口沖擊強(qiáng)度
| MPa
MPa
%
MPa
MPa
KT/㎡
| 25.8
11.8
83
18.4
737.5
72
| 23.8
15.6
7.
19.4
838.5
65
| 26.7
12.5
55
22.0
1100
32.5
| 26.2
11.0
80
23.0
1050
84.5
|
表4三種材料在PVC硬質(zhì)管材中20%填充性能檢測(cè)對(duì)比
性能
| 單位
| PVC未填充
| Ⅰ
| Ⅱ
| Ⅰ+Ⅱ復(fù)合20：30
|
屈服
斷裂
斷裂伸長度
彎曲強(qiáng)度
彎曲模量
缺口沖擊強(qiáng)度
| MPa
MPa
%
MPa
MPa
KJ/㎡
| 37.0
14
56
55
2680
38
| 34
16.5
48
65
2880
36.5
| 31.5
17.0
25
88
3550
27
| 36.5
16.5
52
80
3250
42
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從上述應(yīng)用對(duì)比數(shù)據(jù)可看出，“一步法”生產(chǎn)出復(fù)合粉體僅在PP中使沖擊強(qiáng)度有所下降，在PE和PVC中，均使沖擊強(qiáng)度得到改善，而在三種塑性材料中，均使材料的剛性得到提高，而單組份粉體在改性過程中無法兼顧體系的剛性和韌性。因此可以認(rèn)為，該技術(shù)制備出的復(fù)合粉體是一種對(duì)通用高分子材料剛、韌兼顧的高性能粉體材料。
6.2、填充量增加而高分子復(fù)合材料性能提高的復(fù)合粉體制備技術(shù)化工材料價(jià)格不斷攀升，降低成本是用戶永恒的話題，而降低成本的有效措施是盡可能在高分子材料中填充更多的價(jià)廉的礦粉，但這樣，往往又導(dǎo)致了材料性能的劣化。太迪公司通過“一步法”開發(fā)出的高填充PE管材復(fù)合粉體，該系列粉體材料中含有近納米級(jí)粉體，在填充PE管材時(shí)，填充量較高，復(fù)合材料成本下降，但材料的剛度和韌性提高。
6.3、具有抗黃變性且能提高光澤度的復(fù)合顏料粉體制備技術(shù)利用太迪公司的高性能復(fù)合粉體制備技術(shù)，將TD-405與白色顏料TiO2復(fù)合研磨，配以適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)助劑而開發(fā)的白色粉體顏料具有抗黃變性，在該復(fù)合體系中，TD-405發(fā)揮了以下三方面的作用，①使顏料抗黃變能力增加，②賦予高分子復(fù)合材料高的光澤度，③TD-405具備研磨劑功能使顏料TiO2充分細(xì)化增加著色效率。該系列產(chǎn)品可在PU合成革、PVC型材和管材、PE、PP薄膜等材料中代替高檔鈦白粉，由于其分散容易，無大團(tuán)聚體，在吹膜和流涎膜用白色顏料方面，性價(jià)比遠(yuǎn)優(yōu)于高檔鈦白粉。
6.4、具有消光功能的復(fù)合粉體制備技術(shù)通過選擇片狀、針狀與顆粒狀粉體復(fù)合研磨而開發(fā)的消光粉體的關(guān)鍵技術(shù)，是將片狀材料和針狀材料的徑厚比和長徑比控制在一定范圍，該類材料可部分替代氣相法二氧化硅使用在消光涂料和合成革方面，由于對(duì)其外型的特殊包覆處理，使其應(yīng)用在塑料擠出和注塑消光時(shí)，也不會(huì)對(duì)制件表面產(chǎn)生劃痕，因此可以得到柔和的消光表面。
6.5、環(huán)保型超細(xì)氫氧化鎂粉體的制備技術(shù)由于氫氧化鎂粉體具有一定的半徑比和較高的模量，因此，其不僅具有阻燃性，而且還具有一定的補(bǔ)強(qiáng)性。用不同的分散劑與偶聯(lián)劑復(fù)配處理可得到幾種阻燃補(bǔ)強(qiáng)氫氧化鎂粉體材料，該材料通過超細(xì)加工，可控制平均粒徑在5μm以下，使用在PE和EVA復(fù)合的無鹵阻燃電纜料中，效果很好，可以替代進(jìn)口氫氧化鎂。
上述系列粉體在聚合物復(fù)合材料中的應(yīng)用表明，本課題組的“一步法”粉體制備技術(shù)與工藝，在高性能粉體制備技術(shù)上有突破和創(chuàng)新，技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。大規(guī)模應(yīng)用該技術(shù)無論是在形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用技術(shù)方面，還是在推動(dòng)行業(yè)技術(shù)升級(jí)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益方面均有重要作用。
七、課題研究的創(chuàng)新與突破本課題項(xiàng)目技術(shù)在已有粉體制備技術(shù)和工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了以下創(chuàng)新：
1）通過了“一步法”制備了高性能的復(fù)合粉體，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝；
2）通過輔助礦石原料的加入，在保持主礦石原料粉體性能的同時(shí)提高了復(fù)合粉體的性能、 實(shí)現(xiàn)了超細(xì)粉體的功能復(fù)合化；
3）應(yīng)用機(jī)械力化學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了不同粉體顆粒之間的物理化學(xué)反應(yīng)，提高了粉體的穩(wěn)定性與分散均勻性；
4）減少了粉體生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境的污染并降低了能耗。
八、結(jié)果和討論本課題組瞄準(zhǔn)高性能復(fù)合粉體的市場(chǎng)，通過與合肥工業(yè)大學(xué)等高校的合作，面對(duì)技術(shù)難題，自主創(chuàng)新，從簡(jiǎn)化工藝和提高性能出發(fā)，進(jìn)行了高性能復(fù)合粉體的開發(fā)，有效解決了一直困擾各行業(yè)關(guān)于復(fù)合粉體粒子分散不均勻的問題。超微細(xì)功能型復(fù)合填料的性能大大提高，特別是粉體的分散性、補(bǔ)強(qiáng)性、耐磨性、阻燃性等，較之傳統(tǒng)技術(shù)都有很大的提高
采用“一步法”的復(fù)合粉體是通過研磨使粉體粒子間均勻混合，各混合粉體微粒子重新排列，增強(qiáng)粉體的性能分散性好、粒度分布合理。尤其是通過對(duì)礦物材料的超細(xì)改性分散，充分體面礦物材料的使用特點(diǎn)：比表面積大、活化率高、高度和增強(qiáng)效果好，因而在聚合物中的填充量大，降低生產(chǎn)成本，能提高制品的性能和質(zhì)量，降低成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，如復(fù)合的氫氧化鎂粉體不僅提高阻燃性能，還有抑煙功能，是一種綠色環(huán)保阻燃劑填料。
1）超微細(xì)功能型復(fù)合填料的制備方法及工藝較之傳統(tǒng)方法節(jié)能30%傳統(tǒng)的粉體+粉體+…+粉體并活化的復(fù)合粉體生產(chǎn)方式，最少要經(jīng)過每種原礦進(jìn)行研磨、分級(jí)后，再將幾種粉體進(jìn)行混合，至少要經(jīng)過4-5道工序，而此方法一次性成功，節(jié)省了3-4道工序，相對(duì)于粉體這種高耗能的產(chǎn)業(yè)，3道工序的耗電量是非常驚人的。
2）有效地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本此方法通過與公司第一套設(shè)備的對(duì)比，一小時(shí)生產(chǎn)的復(fù)合粉體是原來產(chǎn)量的1.5倍，用電量去與只是原套設(shè)備的0.7倍。
3）全自動(dòng)化封閉式的生產(chǎn)設(shè)備減少了對(duì)環(huán)境的污染傳統(tǒng)的粉體行業(yè)，特別是進(jìn)行復(fù)合粉體的生產(chǎn)時(shí)，因上料、混合多道工序，產(chǎn)生大量的粉塵，污染空氣，但此方法工藝簡(jiǎn)單，采用全封閉的設(shè)備，所有粉體的研磨及混合全在封閉的設(shè)備中完成，對(duì)環(huán)境不造成任何污染。
4）可設(shè)計(jì)性的復(fù)合粉體生產(chǎn)技術(shù)可節(jié)約資源該技術(shù)可根據(jù)用戶需求的復(fù)合性能技術(shù)指標(biāo)，提供多種超細(xì)粉體的生產(chǎn)工藝和配方，以滿足不同用戶和產(chǎn)品的要求，避免由于粉體應(yīng)用不當(dāng)，導(dǎo)致材料性能缺陷而引起的資源浪費(fèi)。
而且，根據(jù)目前行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r及國內(nèi)外公布的文獻(xiàn)資料，本課題組開發(fā)的一步法生產(chǎn)超微細(xì)復(fù)合粉體的方法與工藝無論是國內(nèi)還是國際上都是最先進(jìn)的超微細(xì)復(fù)合粉體的制備方法與工藝之一，具有技術(shù)的獨(dú)創(chuàng)性和實(shí)用性。