Ứng dụng của chất độn khoáng phi kim loại trong ngành nhựa
Chất độn khoáng phi kim loại thường đề cập đến các vật liệu khoáng phi kim loại tồn tại trong tự nhiên và được khai thác, xử lý và sử dụng nhân tạo để cải thiện độ bền và các đặc tính khác nhau, hoặc để giảm giá thành và được thêm vào chất dẻo.
Chất độn khoáng phi kim loại được chia thành: oxit, hydroxit, cacbonat, (sulfit), silicat, cacbon, v.v … Các oxit chủ yếu bao gồm: silic điôxít, đất tảo cát, nhôm oxit, titan điôxít, ôxít sắt, ôxít kẽm, ôxít magiê, bột đá bọt, vv Các hydroxit chủ yếu bao gồm: nhôm hydroxit, magie hydroxit, magie cacbonat cơ bản, v.v. Cacbonat chủ yếu bao gồm canxi cacbonat, magie cacbonat, dolomit, natri nhôm cacbonat cơ bản, v.v. (Lưu huỳnh) chủ yếu bao gồm bari sulfat, amoni sulfat, canxi sulfat, canxi sulfit, v.v. Silicat chủ yếu bao gồm bột talc, đất sét, mica, amiăng, canxi silicat, montmorillonite, bentonit, hạt thủy tinh, sợi thủy tinh, v.v. Cacbon chủ yếu bao gồm cacbon đen, than chì, hình cầu rỗng cacbon, sợi cacbon, v.v. Ngoài ra, khoáng phi kim loại chất độn bao gồm borat kẽm, borat canxi, borat natri, bari metaborat và titanat kali.
Các công nghệ sửa đổi chính của chất độn khoáng phi kim loại là: biến đổi hóa học bề mặt, phủ vật lý bề mặt, xử lý bề mặt plasma, xử lý dung môi pha, biến đổi hóa học cơ học, sửa đổi ghép bề mặt, sửa đổi phản ứng kết tủa, công nghệ polymer hóa tại chỗ.
Tính chất vật lý và tác dụng của chúng
Diện tích bề mặt riêng: Diện tích bề mặt riêng càng lớn thì ái lực giữa chất độn và nhựa càng tốt, nhưng bề mặt chất độn càng khó kích hoạt và giá thành càng cao.
Độ cứng: Độ cứng cao có thể cải thiện khả năng chống mài mòn của sản phẩm, nhưng nó sẽ làm mòn thiết bị gia công.
Màu sắc: Hầu hết việc sản xuất nhựa đều yêu cầu Baidu càng cao càng tốt.
Quang học: Một số sản phẩm có thể sử dụng khả năng hấp thụ ánh sáng của chúng để tăng nhiệt độ, chẳng hạn như: nhà kính nhựa nông nghiệp.
Điện: Sự ngưng tụ hoặc nghiền trên bề mặt của các hạt làm cho các liên kết hóa trị bị phá vỡ và tích điện, gây ra sự phân bố hạt không đồng đều, điều này cần tránh trong thực tế sản xuất.
Tính chất và tác dụng hóa học
Thành phần hóa học: Ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn, cấu trúc nhựa và các đặc tính định tính của sản phẩm. Các loại chất độn khác nhau có tác dụng khác nhau đối với sản phẩm, và các chất độn khác nhau được lựa chọn tùy theo đặc tính sản phẩm yêu cầu.
Hiệu ứng nhiệt hóa: Các polyme phân tử cao dễ cháy, nhưng hầu hết các chất độn khoáng vô cơ được thêm vào nền polyme để làm giảm chất lượng của chất cháy và làm chậm quá trình cháy cơ bản do tính không nhất quán của chúng.
Yêu cầu về tính năng đối với chất độn: ổn định hóa học cao, chịu nhiệt tốt, phân tán và trộn lẫn tốt trong nhựa nhựa, độ hấp thụ nhỏ của hạt nhựa, độ tinh khiết cao, không hòa tan trong dung môi, kháng axit và kiềm tốt, và không hút ẩm.
Vai trò của chất độn trong chất dẻo
- Canxi cacbonat
Canxi cacbonat hiện là chất độn bột được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp nhựa. Do giá thành rẻ, màu trắng và hiệu suất xử lý tốt, canxi cacbonat nặng có thể đáp ứng các yêu cầu về tính năng của chất dẻo đầy, và liều lượng của nó được tăng lên rất nhiều.
- bột tan
Bột talc trong chất dẻo có thể cải thiện độ cứng và khả năng chịu nhiệt của chất dẻo, đồng thời có thể làm tăng độ truyền sáng của tỷ lệ tán xạ màng trong chất dẻo, và có tác dụng ngăn chặn tia hồng ngoại có bước sóng 7-25μm. Nó đã được sử dụng trong các bộ phim chức năng để cải thiện ban đêm của nhà kính. Giữ nhiệt và thúc đẩy sự phát triển của cây trồng.
- Cao lanh
Cao lanh trong vật liệu cáp PVC có thể cải thiện đáng kể khả năng cách điện của vỏ cáp; trong màng nhựa, cao lanh có tác dụng ngăn tia hồng ngoại tốt hơn bột talc, và được sử dụng để sửa đổi màng nông nghiệp; nó cũng được sử dụng cho polypropylene để làm chất lõi để cải thiện độ bền cơ học của nó.
- Wollastonite
Wollastonite có thể được sử dụng như một chất gia cố nhựa, có thể cải thiện khả năng chống mài mòn và độ ổn định kích thước của các sản phẩm nhựa, và có thể cải thiện hiệu quả chống cháy của chất chống cháy hữu cơ.
- Mica
Cấu trúc vảy độc đáo của mica làm cho nó trở thành chất độn gia cường điển hình trong chất dẻo, được sử dụng chủ yếu để cải thiện độ cứng, khả năng chịu nhiệt và ổn định kích thước của các sản phẩm nhựa. Khi mica được sử dụng trong màng nhựa, khả năng truyền ánh sáng phân tán của nó có thể được cải thiện rất nhiều, tốt hơn so với các chất độn vô cơ khác.
- Hydroxit nhôm và Magie Hydroxit
Nhôm hydroxit và magie hydroxit có ba chức năng làm đầy, chống cháy và ngăn khói trong nhựa; chúng cũng là phụ gia chính cho băng tải PVC được sử dụng trong các mỏ than, và thường được làm đầy bằng nhựa epoxy và các sản phẩm polyester không bão hòa. Thêm đại lý, số tiền có thể đạt hơn 40%.
Ảnh hưởng của các chất độn khác nhau đến tính chất nhựa
| Màn biểu diễn | Canxi silicat | Mica | Talc | Than chì | thạch anh |
| Độ bền kéo | + | 0 | |||
| Cường độ nén | + | + | |||
| Mô đun đàn hồi | ++ | ++ | + | + | |
| Sức mạnh tác động | – | – | – | – | |
| Giảm sự giãn nở nhiệt | + | + | + | + | |
| Giảm co ngót | + | + | + | + | + |
| Độ dẫn nhiệt | + | + | + | + | |
| Ổn định nhiệt | + | + | + | ||
| Độ dẫn điện | + | ||||
| Cách điện | + | ++ | + | ||
| Khả năng chịu nhiệt | + | + | + | + | |
| Kháng hóa chất | + | + | 0 | + | |
| Mang sức đề kháng | + | + | + | ||
| Tốc độ đùn | + | ||||
| Mang vào máy | 0 | 0 | – | ||
| Không tốn kém | + | + | + | + | ++ |
(++ có nghĩa là hiệu quả cao, + hiệu quả trung bình, 0 không hợp lệ, – tác động ngược)
| Màn biểu diễn | Wollastonite | Đất sét | Canxi cacbonat | Muội than |
| Độ bền kéo | + | |||
| Cường độ nén | + | |||
| Mô đun đàn hồi | + | + | + | |
| Sức mạnh tác động | – | – | – | – |
| Giảm sự giãn nở nhiệt | + | + | + | + |
| Giảm co ngót | + | + | + | + |
| Độ dẫn nhiệt | + | + | ||
| Ổn định nhiệt | + | |||
| Độ dẫn điện | + | |||
| Cách điện | + | ++ | ||
| Khả năng chịu nhiệt | + | + | + | |
| Kháng hóa chất | + | |||
| Chống mài mòn | + | |||
| Tốc độ đùn | + | + | ||
| Mặc vào máy | 0 | 0 | ||
| Không đắt | + | + | + |
(++ có nghĩa là hiệu quả cao, + hiệu quả trung bình, 0 không hợp lệ, – tác động ngược)
Nhựa có bổ sung khoáng phi kim loại
Vai trò của chất độn trong chất dẻo
Giảm chi phí: chất độn giá rẻ được thêm vào chất dẻo làm chất độn để giảm giá thành. Các ví dụ đại diện bao gồm việc bổ sung một lượng lớn canxi cacbonat vào polyvinyl clorua và polypropylene.
Cải thiện tính chất cơ học: So với nhựa polyme, khoáng phi kim loại có độ cứng và môđun cao hơn, và bề mặt hoạt tính của nó có thể kết hợp với các chuỗi polyme, do đó, việc bổ sung thích hợp các khoáng phi kim loại có thể cải thiện hiệu quả độ cứng, môđun, độ bền của nhựa và các chất khác hiệu suất máy móc.
Nâng cao hiệu suất chống cháy: khoáng phi kim loại có ưu điểm là ổn định nhiệt tốt, ít độc tính hoặc không độc hại, không có khí ăn mòn, không đóng trong quá trình bảo quản, khó kết tủa, hiệu quả chống cháy lâu dài, v.v., và chúng có nguồn nguyên liệu dồi dào và giá cả thấp. Nó vẫn là một phương pháp đơn giản và hiệu quả để giải quyết các vấn đề về khả năng chống cháy, ít khói và độc tính thấp của một số lượng lớn nhựa kỹ thuật dễ cháy.
Tăng cường tính ổn định: Nhựa được sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau. Chất độn khoáng phi kim loại có thể nâng cao tính ổn định của nhựa, chẳng hạn như ổn định nhiệt, ổn định điện, kháng dung môi và chống lão hóa ánh sáng và nhiệt.
Chức năng: Sau khi bổ sung hầu hết các chất độn, các sản phẩm nhựa có những chức năng đặc biệt mà trước đây chúng không có. Điều này là do thành phần hóa học của chất làm đầy đóng một vai trò quan trọng. Ví dụ, thêm than chì có thể làm tăng độ dẫn điện và khả năng chống mài mòn của nhựa.
Việc sử dụng chất độn khoáng trong các sản phẩm nhựa
| sản phẩm nhựa | Loại chất độn được sử dụng | Thêm số lượng (phr) | tác dụng |
| Băng polypropylene | Canxi cacbonat | 10~20 | Tăng, làm trắng, cải thiện khả năng in |
| Dây đai polypropylene | Canxi cacbonat | 50~150 | Tăng và tăng hệ số ma sát |
| Màng polyetylen | Canxi cacbonat | 40~50 | Gia tăng và thân thiện với môi trường |
| Ống polyetylen | Canxi cacbonat | 20~40 | Tăng |
| Ống quanh co bằng polyetylen, ống sóng | Talc | 20~40 | Tăng độ cứng |
| Sản phẩm đúc phun polypropylene | Canxi cacbonat, bột tan | 40~50 | Thay thế ABS, giảm chi phí |
| Phim nhà kính polyethylene | Talc, cao lanh | 5~10 | Cải thiện khả năng bảo quản nhiệt |
| Túi rác polyethylene | Canxi cacbonat | 40~50 | Cải thiện việc đốt rác |
| Khay ăn nhẹ bằng polypropylene | Canxi cacbonat | 200 | Giảm chi phí và cải thiện tính ổn định |
| Bộ đệm | Talc | 20~30 | Duy trì độ cứng và cải thiện khả năng chống va đập |
| Phụ tùng ô tô và thiết bị gia dụng | Talc | 30~50 | Cải thiện khả năng chịu nhiệt |
| Vật liệu cấu hình cửa ra vào và cửa sổ PVC | Canxi cacbonat | 10 | Cải thiện độ dẻo dai và khả năng xử lý hình thành |
| Ống nhựa PVC | Canxi cacbonat | 20~60 | giảm chi phí |
| Vật liệu xốp PVC | Canxi cacbonat | 30~80 | Giảm chi phí và cải thiện tính đồng nhất |
| Bảng trang trí PVC | Canxi cacbonat | 200 | giảm chi phí |
| Vật liệu vỏ bọc cáp | Canxi cacbonat | 10~15 | giảm chi phí |
| Da nhân tạo PVC | Canxi cacbonat | 10~60 | Tăng, giảm chi phí |
| Dây lõi cáp điện | Canxi cacbonat | 180~200 | giảm chi phí |
| Vật liệu vỏ bọc cáp điện cách điện cao | Cao lanh nung | 10~15 | Cải thiện độ bền cách điện |
| Polypropylene bóng cao | Bari sulfat kết tủa | 40~50 | Duy trì độ bóng của bề mặt nhựa |
| Vật liệu vỏ bọc cáp khói thấp không chứa halogen | Nhôm hydroxit, magie hydroxit | 150 | Chống cháy, ngăn khói |
| Cánh quạt động cơ cho ô tô, v.v. | Mica | 40~50 | Cải thiện khả năng chịu nhiệt |
| Vỏ và các bộ phận của máy điều hòa không khí, ti vi, v.v. | Canxi cacbonat, bột tan | 40~60 | Giảm chi phí và cải thiện độ ổn định của kích thước |
Động lực chính của việc sử dụng chất độn khoáng là giảm chi phí nguyên liệu cho sản phẩm nhựa, do đó giá cả là yếu tố ảnh hưởng chính. Chất độn cỡ hạt thô có xu hướng rẻ hơn chất độn cỡ hạt mịn. Không phải tất cả các sản phẩm nhựa đều thích hợp để sử dụng chất độn khoáng. Một số không thích hợp để sử dụng, chẳng hạn như các sản phẩm trong suốt; một số là do các vấn đề do sử dụng chất độn khoáng, chẳng hạn như tăng trọng và lên màu kém.
Kích thước hạt của chất độn khoáng phi kim loại càng nhỏ thì các tính chất cơ lý của chất dẻo lấp đầy càng tốt khi được sử dụng đúng cách. Tuy nhiên, trong phạm vi cho phép của trình độ kỹ thuật và điều kiện trang thiết bị hiện tại, cỡ hạt quá nhỏ nhưng không dễ sử dụng, không những giá thành cao còn ảnh hưởng đến tính lưu động của quá trình đúc và cơ tính của vật liệu làm đầy.
Ngày càng có nhiều sự chú ý đến chức năng của chất độn khoáng phi kim loại. Do đó, khi phát triển các loại chất độn khoáng mới, trước tiên chúng ta phải xem xét những chức năng mới mà nó có thể mang lại cho vật liệu nhựa.
Nguồn bài viết: China Powder Network