어떤 플라스틱 제품이 강도, 내구성, 그리고 비용 효율성 면에서 다른 제품보다 뛰어난 이유를 궁금해해 본 적이 있으신가요? 그 비결은 기본 폴리머 자체가 아니라, 기능성 필러를 통한 정교한 플라스틱 개질 기술에 있습니다. 이러한 미네랄 파우더를 적절히 선택하여 혼합하면 생산 비용을 절감하는 동시에 소재의 특성을 획기적으로 향상시킬 수 있습니다.
시리즈의 첫 번째 파트에서는 평범해 보이는 분말이 어떻게 플라스틱을 고성능 소재로 변환하는지 알아봅니다. 널리 사용되는 탄산칼슘부터 특수 활석과 규회석까지, 각 필러는 고분자 복합재에 고유한 장점을 제공합니다. 이러한 "필러 올스타"의 과학적 원리를 탐구하고, 더 나은, 더 스마트한 플라스틱 제품을 만드는 데 어떻게 기여하는지 함께 알아봅니다.
탄산칼슘
탄산칼슘(CaCO₃)은 현재 가장 널리 사용되는 분말 무기 충전재입니다. 저렴하고, 쉽게 구할 수 있으며, 무독성이고, 무취이며, 최대 96%의 백색도를 제공하고, 쉽게 착색할 수 있으며, 화학적 안정성이 우수합니다. 또한 건조가 용이하여 다양한 플라스틱에 널리 사용됩니다. 충전재 측면에서 탄산칼슘은 중탄산칼슘, 경탄산칼슘, 활성탄산칼슘의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
중탄산칼슘
중질탄산칼슘(Heavy Calcium)은 석회석과 같은 재료를 기계적으로 파쇄, 선별, 선별 및 표면 처리하여 생산됩니다. 파쇄 방법에 따라 건식 중질탄산칼슘(상업적으로는 이중 비행 분말이라고 함)과 습식 중질탄산칼슘으로 분류됩니다. 기계적으로 파쇄되기 때문에 입자의 모양이 불규칙하고 크기가 다양하며 평균 입자 직경은 1~10μm입니다. 이 중 50%는 3μm 미만입니다. 밀도는 2.7~2.9 g/cm³이며 물에 거의 녹지 않습니다. 최근 제트 밀링과 같은 파쇄 및 선별 기술의 발전으로 입자 크기가 0.1μm에 불과한 초미립 중질탄산칼슘을 포함하여 더욱 미세한 제품 생산이 가능해졌습니다. 중질탄산칼슘은 PVC에서 비용 절감 및 치수 안정성 향상을 위해 일반적으로 사용됩니다. 점토와 함께 사용하면 탄성과 내열성이 향상됩니다.
가벼운 탄산칼슘
경질 탄산칼슘(Light Calcium Carbonate, 약칭 경질 칼슘)은 화학적으로 제조된 탄산칼슘으로, 침강성 탄산칼슘이라고도 합니다. 입자는 대부분 방추형, 침상형 또는 원주형이며, 직경은 1~10μm입니다. 이 중 80%는 직경이 3μm 미만이고 밀도는 2.65g/cm³입니다. 경질 탄산칼슘은 폴리올레핀에 자주 사용되며, 중질 탄산칼슘과 동일한 용도로 사용됩니다. 또한, 보강 효과와 내산성이 향상됩니다.
활성탄산칼슘
활성탄산칼슘은 콜로이드성 탄산칼슘 또는 변성탄산칼슘으로도 알려져 있으며, 일본에서는 "하쿠엔카(白円香)"라고 합니다. 경질 또는 중질 탄산칼슘 분말의 표면을 표면 처리제(예: 스테아르산, 질량 분율 약 3%)로 개질하여 생산됩니다. 백색의 미세하고 부드러운 분말 형태로 밀도는 1.99~2.01 g/cm³입니다. 활성탄산칼슘으로 충전된 플라스틱 제품은 일정한 강도, 매끄러운 표면, 우수한 윤활성, 그리고 가공 용이성을 나타냅니다.
탄산칼슘은 입자 크기에 따라 다음과 같이 등급이 매겨집니다.
• 입자크기 1~5μm : 미세입자 탄산칼슘
• 입자크기 0.1~1μm : 미세탄산칼슘
• 입자크기 0.02~0.1μm : 초미립 탄산칼슘
• 입자크기 0.02μm 이하 : 초미립 탄산칼슘
현재 초미립 탄산칼슘 생산에는 주로 연속 분무 탄화 및 분무 건조 공정(이중 분무 공정이라고 함)이 사용됩니다. 이 방법은 탄산칼슘의 응집체를 미세화하고 균일한 표면 활성화를 보장합니다. 입자 크기가 0.005~0.02μm일 때, 그 강화 효과는 실리카와 유사합니다.
활석가루
활석 분말(3MgO·4SiO₂·H₂O)은 천연 활석을 파쇄하고 정제하여 얻은 수화 규산마그네슘으로 주로 구성됩니다. 불활성 화학적 특성과 매끄러운 질감을 가진 전형적인 플레이크형 필러입니다. 밀도는 2.7~2.8 g/cm³입니다. 활석 분말은 탄산칼슘 다음으로 널리 사용되는 필러입니다. 플라스틱 필러로서 제품의 경도, 난연성, 내산성 및 내알칼리성, 전기 절연성, 치수 안정성, 내크리프성을 향상시킵니다. 또한 윤활성을 제공하여 기계 및 금형의 마모를 줄입니다. 그러나 과도한 사용은 제품의 용접성에 영향을 미칠 수 있습니다.
활석 분말은 얇은 판상 구조로 인해 플라스틱 제품에 높은 강성과 낮은 이방성을 부여하여 크고 평평한 제품에 적합합니다. 활석 분말은 주로 PP의 결정핵제로 사용되어 PP의 구정을 미세화하고 결정성을 높이며 강성을 향상시킵니다. 또한 PVC, PE, PA, PC 및 기타 수지에도 사용할 수 있으며, 일반적인 첨가량은 10%~40%입니다. 활석 충전 플라스틱의 가공 조건 및 장비는 탄산칼슘 충전 플라스틱과 유사합니다. 두 가지 모두 압출, 압축 성형, 사출 성형 및 캘린더링 방식으로 가공하여 다양한 유형의 플라스틱 제품을 생산할 수 있습니다. 활석 분말은 무독성이며 다음과 접촉하는 제품에 사용할 수 있습니다. 음식.
규회석
규회석(CaSiO₃)은 탄산칼슘과 활석 분말 다음으로 세 번째로 널리 사용되는 필러입니다. 천연 규회석은 β형 규산칼슘 화학 구조를 가지며, 침상, 막대상, 과립상 입자가 혼합되어 있으며, 침상 입자가 주를 이룹니다. 규회석은 백색 결정으로, 결정수가 없으며, 흡습성이 낮고, 무독성이며, 열팽창 계수가 낮고, 열 안정성이 높으며, 화학적 부식 및 풍화에 대한 저항성이 뛰어나고, 기계적 및 전기적 특성이 우수합니다.
규회석은 굴절률이 1.62로 PVC 화합물과 유사하여 투명 PVC 제품에 적합한 필러입니다. 침상 구조 덕분에 규회석은 플라스틱에 일정한 보강 효과를 제공하며, 고가의 유리 섬유를 부분적으로 대체할 수 있습니다. PVC, PP, PE, PA, 폴리에스터, 에폭시 수지, 페놀 수지 및 기타 수지에 사용할 수 있으며, 일반적으로 40% 이하의 첨가율을 사용합니다. 실란 커플링제를 이용한 표면 처리가 일반적으로 적용됩니다.
다재다능한 탄산칼슘부터 강화용 활석과 규회석까지, 우리는 이러한 미네랄 '파우더'가 더 강하고 비용 효율적인 플라스틱의 숨은 영웅이라는 것을 확인했습니다. 하지만 필러 라인업은 여기서 끝나지 않습니다!
2부에서 계속됩니다…
에픽 파우더 소개
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