Вы когда-нибудь задумывались, почему одни пластиковые изделия превосходят другие по прочности, долговечности и экономичности? Секрет часто кроется не в самом базовом полимере, а в сложном мире модификации пластика с помощью функциональных наполнителей. Эти минеральные порошки, при правильном подборе и использовании, могут значительно улучшить свойства материала, одновременно снижая производственные затраты.
В первой части нашей серии мы расскажем, как обычные на вид порошки превращают пластики в высокоэффективные материалы. От широко используемого карбоната кальция до специализированных талька и волластонита — каждый наполнитель привносит уникальные преимущества в полимерные композиты. Присоединяйтесь к нам, чтобы изучить научные основы этих «звездных наполнителей» и узнать, как они способствуют созданию более качественных и «умных» пластиковых изделий.
Карбонат кальция
Карбонат кальция (CaCO₃) в настоящее время является наиболее распространённым порошкообразным неорганическим наполнителем. Он недорогой, широкодоступный, нетоксичный, не имеет запаха, обладает степенью белизны до 96%, легко окрашивается и обладает хорошей химической стабильностью. Он также легко сохнет, что позволяет широко применять его во многих пластмассах. С точки зрения наполнителей карбонат кальция можно разделить на три категории: тяжёлый карбонат кальция, лёгкий карбонат кальция и активированный карбонат кальция.
Тяжелый карбонат кальция
Тяжелый карбонат кальция, сокращенно тяжелый кальций, производится путем механического дробления, просеивания, сортировки и поверхностной обработки материалов, таких как известняк. В зависимости от метода дробления он далее классифицируется на тяжелый карбонат кальция сухого процесса (коммерчески известный как порошок двойной дробления) и тяжелый карбонат кальция мокрого процесса. Поскольку он механически измельчен, частицы имеют неправильную форму и различаются по размеру, со средним диаметром частиц 1-10 мкм. Среди них 50% имеет размер менее 3 мкм. Плотность варьируется от 2,7 до 2,9 г/см³, и он практически нерастворим в воде. В последние годы достижения в области дробления (например, струйное измельчение) и технологий сортировки позволили производить еще более тонкие продукты, включая ультратонкий тяжелый карбонат кальция с частицами размером всего 0,1 мкм. Тяжелый карбонат кальция обычно используется в ПВХ для снижения затрат и улучшения размерной стабильности. В сочетании с глиной повышает эластичность и термостойкость.
Легкий карбонат кальция
Лёгкий карбонат кальция, сокращённо лёгкий карбонат кальция, — это химически полученный карбонат кальция, также известный как осажденный карбонат кальция. Его частицы преимущественно имеют веретенообразную, игольчатую или столбчатую форму диаметром 1–10 мкм. Среди них 80% имеет размер менее 3 мкм и плотность 2,65 г/см³. Лёгкий карбонат кальция часто используется в полиолефинах, выполняя те же функции, что и тяжёлый карбонат кальция. Он обеспечивает лучшее армирование и повышенную кислотостойкость.
Активированный карбонат кальция
Активированный карбонат кальция, также известный как коллоидный карбонат кальция или модифицированный карбонат кальция, в Японии называется «хакуэнка». Его получают путём модификации поверхности лёгкого или тяжёлого порошка карбоната кальция агентом поверхностной обработки (например, стеариновой кислотой с массовой долей около 3%). Он представляет собой белый, мелкий, мягкий порошок плотностью 1,99–2,01 г/см³. Пластиковые изделия с наполнителем из активированного карбоната кальция обладают высокой прочностью, гладкой поверхностью, хорошими смазывающими свойствами и лёгкостью обработки.
Карбонат кальция классифицируется по размеру частиц следующим образом:
• Размер частиц 1–5 мкм: мелкодисперсный карбонат кальция
• Размер частиц 0,1–1 мкм: микродисперсный карбонат кальция
• Размер частиц 0,02–0,1 мкм: ультратонкий карбонат кальция
• Размер частиц менее 0,02 мкм: супермикрокарбонат кальция
В настоящее время для производства ультратонкого карбоната кальция в основном используются методы непрерывной распылительной карбонизации и распылительной сушки (известные как метод двойного распыления). Этот метод позволяет измельчить агломераты карбоната кальция и обеспечить равномерную активацию поверхности. При размере частиц от 0,005 до 0,02 мкм его армирующий эффект сопоставим с таковым у диоксида кремния.
Тальк порошок
Тальковый порошок (3MgO·4SiO₂·H₂O) в основном состоит из гидратированного силиката магния, полученного путем дробления и очистки природного талька. Это типичный хлопьевидный наполнитель с инертными химическими свойствами и гладкой текстурой. Его плотность составляет от 2,7 до 2,8 г/см³. Тальковый порошок является вторым по распространенности наполнителем после карбоната кальция. В качестве пластичного наполнителя он повышает твердость изделий, огнестойкость, кислото- и щелочестойкость, электроизоляцию, размерную стабильность и сопротивление ползучести. Он также обеспечивает смазывающую способность, снижая износ оборудования и пресс-форм. Однако чрезмерное использование талька может ухудшить свариваемость изделий.
Благодаря своей хлопьевидной структуре тальк придает пластиковым изделиям высокую жесткость и низкую анизотропию, что делает его пригодным для крупногабаритных и плоских изделий. Тальк в основном используется в качестве зародышеобразователя кристаллизации для полипропилена (ПП), измельчая сферолиты ПП, повышая кристалличность и жесткость. Его также можно использовать в ПВХ, ПЭ, ПА, ПК и других смолах с типичной скоростью добавления 10–40% от 1% до 3% (в зависимости от типа). Условия переработки и оборудование для пластиков, наполненных тальком, аналогичны условиям переработки пластиков, наполненных карбонатом кальция. Оба вида могут перерабатываться экструзией, компрессионным формованием, литьем под давлением и каландрированием для получения различных видов пластиковых изделий. Тальк нетоксичен и может использоваться в изделиях, контактирующих с еда.
Волластонит
Волластонит (CaSiO₃) — третий по распространенности наполнитель после карбоната кальция и талька. Природный волластонит имеет химическую структуру силиката кальция β-типа и представляет собой смесь игольчатых, стержневидных и зернистых частиц, при этом преобладают игольчатые. Волластонит представляет собой белый кристалл, не содержащий кристаллической воды, обладающий низкой гигроскопичностью, нетоксичностью, низким коэффициентом теплового расширения, высокой термической стабильностью, устойчивостью к химической коррозии и атмосферным воздействиям, а также превосходными механическими и электрическими свойствами.
Волластонит имеет показатель преломления 1,62, что близко к показателю преломления ПВХ-композиций, что делает его предпочтительным наполнителем для прозрачных ПВХ-изделий. Благодаря своей игольчатой структуре волластонит обеспечивает определённый армирующий эффект для пластиков и может частично заменить дорогостоящее стекловолокно. Его можно использовать в ПВХ, ПП, ПЭ, ПА, полиэфирах, эпоксидных смолах, фенольных смолах и других смолах, при этом скорость добавления обычно ниже 40%. Обычно применяется обработка поверхности силановыми связующими агентами.
От универсального карбоната кальция до армирующего талька и волластонита — мы увидели, как эти минеральные «порошки» стали незаметными героями в создании более прочных и экономичных пластиков. Но на этом ассортимент наполнителей не заканчивается!
Продолжение следует во второй части…
О Epic Powder
В Эпический порошокМы специализируемся на разработке и поставке высокоэффективных наполнителей, специально разработанных для улучшения свойств ваших пластиковых изделий. Наши передовые материалы, включая рассмотренные выше наполнители, разработаны в соответствии с высочайшими стандартами качества и эффективности. Epic Powder предлагает инновационные решения, которые помогут вам добиться успеха на конкурентном рынке, будь то повышение прочности, снижение затрат или достижение особых функциональных характеристик. Станьте нашим партнёром, чтобы раскрыть весь потенциал ваших материалов.
