مشاهده مقاله

  • slidebg1
  • slidebg1

مقاله4

کد مقاله:   4  |  تاریخ انتشار: 1396/10/29

پر کننده های پلیمری و تاثیر آنها بر مواد



در دهه های اخیر، پلیمرها در کسب سهم بیشتری از بازار، همواره روند صعودی خود را حفظ کرده­اند. این روند صعودی به گونه ای پیش رفته است که فروش جهانی ترموپلاستیک­ها در سال 2014 چیزی حدود 320 بیلیون دلار تخمین زده می­شود. که از این میان پلی­پروپیلن به تنهایی 26% از سهم بازار را در اختیار دارد. با وجود تنوع در گریدهای مختلف پلیمرها، این گریدها به تنهایی قادر به تامین خواص مطلوب مهندسی نیستند. به همین جهت طیف وسیعی از افزودنی­ها با آنها ترکیب می شوند. یکی از این افزدونی­های اصلی در کامپاندهای پلیمری پرکننده های معدنی هستند. این مواد معدنی امکان دستیابی به کاهش قیمت، خواص مکانیکی و خواص حرارتی مطلوب را فراهم می کنند. در مقاله پیش­رو سعی شده تا پرکننده­های معدنی پر مصرف در صنعت کامپاندینگ، به طور کلی مورد بررسی و مقایسه قرار گیرند.

کربنات کلسیم

کربنات کلسیم یا CaCO3 یک ماده معدنی استثنایی است که بیش از 4 % از پوسته ی زمین را شامل می شود. این ماده یکی از پر کننده های معدنی پر مصرف در صنعت است. کاربرد کربنات کلسیم در صنایع مختلف، به خلوص و اندازه ذرات آن بستگی دارد، این محصول دارای رنگ شیری روشن بوده و در حضور هیدروکلریک اسید رقیق با آن واکنش می دهد[1].

کربنات کلسیم پوشش دار

با توجه به اینکه قطبیت کربنات کلسیم و پلیمرها متفاوت است، در نتیجه توانایی سازگاری این دو ماده با هم پایین می آید. وقتی سازگاری پایین باشد پلیمر مذاب نمی تواند کربنات کلسیم را به طور کامل خیس کند، در نتیجه کلوخه های خیلی ریز تشکیل می شود و همین مساله در یک محصول پلیمری نقطه ضعف محسوب می شود. با اصلاح سطح کلسیم کربنات و پوشش دار کردن آن، عمل خیس کردن[1] در مذاب پلیمر به خوبی انجام می شود. كربنات‌كلسيم پوشش‌دار[2] همان كربنات‌كلسيم مي‌باشد كه با لايه‌ نازكی از اسيد استئاريك (كه از نوع اسيدهاي چرب مي‌باشد) پوشش داده شده است. استئاریک اسید  ماده ایی واکس مانند و جزء خانواده اسید های چرب می باشد. اصلاح سطح کلسیم کربنات معمولا توسط 0.5-1.5% استئاریک اسید صورت می­پذیرد. چالش اصلی، متصل کردن و چسباندن استئاریک اسید به سطح پرکننده است که به این ترتیب اتصالات ضعیف  فیزیکی به حداقل می­رسد و موجب بهبود خواص می شود. از مزیت­های بارز پرکننده های پوشش داده شده، می توان به بهود انتقال تنش، کاهش چشمگیر جذب روغن، کاهش تجمع ذرات، آبگریزی و … اشاره کرد.

در مقایسه با دیگر پرکننده ها از جمله الیاف شیشه، صفحات میکا و تالک، کلسیم کربنات در پلی اولفین ها معمولا چقرمگی بیشتر و استحکام ضربه (بدون ناچ) بیشتری ایجاد می کند. اگرچه این امر به قیمت افزایش مدول، استحکام کششی و HDT تمام می شود.

مستربچ کربنات کلسیم نیز یکی از مستربچ های پرمصرف و محبوب در صنایع پلاستیک می باشد که علاوه بر کاهش قیمت محصول موجب ایجاد برخی خواص مثبت دیگر در محصولات می گردد. برای مثال افزودن کربنات کلسیم با درصد مشخص چاپ پذیری فیلم های پلی اتیلنی را بهبود می بخشد. اما نباید در استفاده از این مستربچ زیاده روی کرد زیرا باعث ایجاد کاهش مقاومت کششی در محصول تولید شده می گردد. جدول 1 خواص مکانیکی پلی اتیلن و کامپوزیت های حاوی 40 درصد کربنات کلسیم پوشش دار و بدون پوشش در حضور و عدم حضور عامل اتصال شیمیایی را مقایسه می کند.

تالک

تالک کانی سیلیکات منیزیم آبدار با ترکیب شیمیاییMg3Si4O10(OH)2 می باشد. تالک کانی دارای ساختمان تک صفحه اي است و صفحات آن با اتصال واندروالس به هم پیوند دارند که اجازه می دهد به آسانی برروي هم بلغزند. این موارد باعث خاصیت نرمی فوق العاده تالک می شوند که بصورت چرب یا صابونی احساس می شود و آن را به عنوان روان ساز دماهاي بالا ارزشمند می سازد. این ماده معدنی فعالیت شیمیایی بسیار کمی دارد. در دمای بالای ۹۰۰ درجه سانتی گراد گروه هیدروکسیل را از دست می دهد و در دمای ۱۰۵0 درجه مجددا کریستالیزه می شود. همچنین، دمای ذوب تالک ۱۵۰۰ درجه است.

کامپاند یا آمیزه PP پر شده با تالک یکی از کامپاندهای متداول می باشدو  با درصد وزنی­های 10 الی 50 درصد به پلی پروپیلن افزوده می شود.

افزودن تالک به پلی پروپیلن موجب سختی بیشتر و استحکام سطحی بهتر، کاهش ضریب انبساط حرارتی، کاهش جمع شدگی و باعث مقاومت شیمیایی بهتر می گردد. این پرکننده بر روی جمع شدگی پس از قالب پلی پروپیلن تاثیر می گذارد و سبب بهبود آن می گردد. افزایش مدول خمشی و استحکام کششی از دیگر خواصی است که با به کار گیری تالک به دست می آیند. اثر تالک بر ضربه پذیری و مدول خمشی پلی پروپیلن در شکل 1 مشاهده می شود. علاوه بر موارد ذکر شده، تالک قابلیت جذب رطوبت ، روغن ها و عطر ها را داشته و بعنوان روان ساز و نیز بعنوان ماده قابض در محصولات مورد استفاده برای پوست بکار می رود.

منبع:نیرومند پلیمر پارس