پرکننده های معدنی، خواص و برتری ها
نویسندگان: افشین توسلی (کارشناس ارشد مهندسی پلیمر، شرکت نیرومند پلیمر پارس)
محمدجواد شیرکوند (کارشناس ارشد مهندسی پلیمر، شرکت نیرومند پلیمر پارس)
بسپار می نویسد، در دهه های اخیر، بسپارها در کسب سهم بیشتری از بازار، همواره روند صعودی خود را حفظ کرده اند. این روند صعودی به گونه ای پیش رفته است که فروش جهانی گرمانرم ها در سال 2014 در حدود 320 میلیارد دلار تخمین زده میشود که از این میان پلی پروپیلن به تنهایی 26% از سهم بازار را در اختیار دارد.
با وجود تنوع در گونه های (گریدهای) مختلف بسپار، این مواد به تنهایی قادر به تامین خواص مطلوب مهندسی نیستند. به همین جهت طیف وسیعی از افزودنی ها با آنها ترکیب می شوند. یکی از افزودنی های اصلی در آمیزه های بسپار، پرکننده های معدنی هستند. این مواد معدنی امکان دستیابی به کاهش قیمت، خواص مکانیکی و حرارتی مطلوب را فراهم میکنند.
در مقاله پیشرو سعی شده تا پرکننده های معدنی پر مصرف در صنعت آمیزه سازی، 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 تشکیل می دهد. این ماده یکی از پرکننده 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 اسید هیدروکلریک رقیق با آن واکنش میدهد[1].
کربنات کلسیم پوششدار
با توجه به اینکه قطبیت کربنات کلسیم و بسپارها متفاوت است، در نتیجه سازگاری این دو ماده با هم کم است.
وقتی سازگاری کم باشد بسپار مذاب نمی تواند کربنات کلسیم را به طور کامل تر کند، در نتیجه کلوخه های خیلی ریز تشکیل شده و همین مساله در یک محصول نقطه ضعف محسوب میشود. با اصلاح سطح کربنات کلسیم و پوشش دهی آن، عمل ترشدگی (Wetting) در مذاب بسپاری به خوبی انجام میشود. كربنات‌كلسيم پوششدار (Coated Calcium Carbonate) همان كربنات‌كلسيم است كه با لايه نازكی از اسيد استئاريك (كه از نوع اسيدهاي چرب مي‌باشد) پوشش دهی شده است. اسید استئاریک ماده ای موم مانند و جزء خانواده اسیدهای چرب است. اصلاح سطح کربنات کلسیم معمولا توسط 0.5-1.5% اسید استئاریک صورت می پذیرد.
چالش اصلی، اتصال و چسباندن اسید استئاریک به سطح پرکننده است که به این ترتیب اتصالات ضعیف فیزیکی به حداقل میرسد و موجب بهبود خواص میشود. از مزیتهای بارز پرکننده های پوششدار، میتوان به بهبود 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، افزودن کربنات کلسیم به پلی اولفین ها معمولا چقرمگی و استحکام ضربه (بدون شکاف) بیشتری ایجاد میکند. اگرچه این امر به قیمت افزایش مدول، استحکام کششی و HDT تمام میشود.
مستربچ کربنات کلسیم یکی از مستربچ های پرمصرف و محبوب در صنایع پلاستیک است که علاوه بر کاهش قیمت محصول موجب ایجاد برخی خواص مثبت در محصولات میشود. برای مثال افزودن کربنات کلسیم با درصد مشخص، چاپ پذیری فیلمهای پلی اتیلنی را بهبود میبخشد. اما نباید در استفاده از این مستربچ زیاده روی کرد، زیرا باعث کاهش مقاومت کششی در محصول تولید شده میگردد.
تالک
تالک معدنی، سیلیکات منیزیم آبدار با ترکیب شیمیایی Mg3Si4O10(OH)2 است. این ماده معدنی دارای ساختار تک صفحه اي است و صفحات آن با اتصال واندروالس به هم پیوند دارند که اجازه می دهد به آسانی روي هم بلغزند. این ساختار باعث نرمی فوق العاده تالک شده که حس چرب یا صابونی بودن ایجاد میکند و کاربرد تالک را به عنوان روانکننده در دماهاي زیاد ارزشمند می سازد.
این ماده معدنی فعالیت شیمیایی بسیار کمی دارد. در دمای بالای ۹۰۰ درجه سانتیگراد گروه هیدروکسیل را از دست میدهد و در دمای ۱۰۵0 درجه مجددا بلورینه میشود. دمای ذوب تالک ۱۵۰۰ درجه سانتی گراد است.
آمیزه PP پر شده با تالک یکی از آمیزه های متداول میباشد و با درصدهای وزنی 10 الی 50 درصد به پلی پروپیلن اضافه میشود.
افزودن تالک به پلی پروپیلن موجب افزایش سختی، استحکام و مقاومت شیمیایی میشود، در حالی که ضریب انبساط گرمایی و جمع شدگی را کاهش میدهد. این پرکننده روی جمع شدگی پلی پروپیلن پس از قالبگیری تاثیر میگذارد و سبب بهبود آن میگردد. افزایش مدول خمشی و استحکام کششی از دیگر خواصی است که با افزودن تالک به دست میآیند. اثر تالک بر ضربه پذیری و مدول خمشی پلی پروپیلن در شکل 1 مشاهده میشود. علاوه بر موارد ذکر شده، تالک قابلیت جذب رطوبت، روغنها و عطرها را داشته و به عنوان روان کننده و ماده ای قابض در محصولات مورد استفاده برای پوست بکار میرود.
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله ی کاربردی را می توانید در شماره 169ام ماهنامه بسپار، مهرماه بخوانید.
(در صورت تمایل برای دریافت نسخه رایگان و یا اشتراک با شماره های 77523553-77533158 داخلی 3 سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید.)
