Umpluturi și aditivi

Polimerii pot fi ușor modificați cu ajutorul diferitelor materiale de umplutură și aditivi, în funcție de ceea ce este necesar atât în proces, cât și în produsul final. În prezent există o infinitate de materiale pentru modificarea polimerilor și aici menționăm cele mai populare.

Încărcături

Materialele de umplutură sunt definite ca materiale care sunt adăugate la o formulare de polimer pentru a reduce costul compusului sau pentru a îmbunătăți proprietățile acestuia. Astfel de materiale pot fi sub forma unui solid, lichid sau gazos. Prin selectarea corectă a acestor materiale, nu numai pentru partea economică, ci și alte proprietăți, cum ar fi prelucrarea și comportamentul mecanic, materialele de umplutură pot contribui la îmbunătățirea acestora. Deși aceste materiale de umplutură își păstrează caracteristicile inerente, diferențe foarte semnificative sunt adesea observate în funcție de greutatea moleculară, tehnica de compunere și prezența altor aditivi în formulare. Prin urmare, odată stabilite cerințele de bază ale proprietăților dorite, se va determina tipul optim de sarcină și echilibrul său în cost și performanță.

Adăugarea de umpluturi necesită, de asemenea, o formulare echilibrată pentru a obține proprietăți de procesare optime. Prin urmare, înainte de a lua o decizie finală asupra unui compus încărcat, este esențial să stabiliți următoarele:

Nivel optim de încărcare în funcție de proprietăți și beneficii
Formulare optimă pentru prelucrare
Analiza economică a formulării încărcate

Clasificarea încărcăturilor

Taxele au fost clasificate în diferite moduri, de la forma lor la caracteristicile lor specifice. În termeni generali, sarcinile pot fi clasificate în două categorii: în funcție de performanța lor și în funcție de tipul lor.

Clasament bazat pe performanță

Încărcări de extensie:

Extinderea sau extinderea taxelor ocupă în principal spațiu și sunt utilizate în principal pentru a reduce costul formulării.

În general, sarcina ideală de extindere ar trebui

Fii sferic pentru a permite păstrarea proprietăților anizotrope
Aveți o distribuție adecvată a dimensiunii particulelor pentru ambalajul dvs.
Nu provocați reactivitate chimică cu polimerul și/sau aditivi
Au greutate specifică mică
Au index de refracție și culoare dorită
Fii low cost

Încărcări funcționale:

Încărcările funcționale au o funcție definită, în afară de reducerea costului formulării.

Cu toate acestea, unele substanțe de umplutură extensoare atunci când sunt utilizate într-o dimensiune mai fină a particulelor și/sau cu un tratament de suprafață pot fi utilizate ca umpluturi funcționale. De asemenea, umpluturile care pot fi funcționale într-un polimer pot fi doar extensor într-un alt polimer. Astfel de factori complică clasificarea lor în ceea ce privește compoziția, cu toate acestea, la nivel funcțional, acestea pot fi diferențiate în funcție de performanța finală a polimerului în funcție de nivelul de sarcină și de cât de mult crește proprietatea în cauză.

Fibra de sticla

Prin urmare, materialele de umplere extensoare ajută practic la reducerea costurilor formulării și la creșterea modulului de încovoiere, în timp ce materialele de umplere funcționale oferă cel puțin o funcție specifică necesară în formulare.

Încărcările sunt, de asemenea, utilizate pentru a modifica sau îmbunătăți proprietățile cum ar fi conductivitatea termică, rezistivitatea electrică, fricțiunea, rezistența la uzură și rezistența la flacără, printre altele.

Exemple de sarcină funcțională sunt fibrele și mica de sticlă care cresc rigiditatea, îmbunătățesc rezistența termică și dielectrică.

Clasificare în funcție de tip

Taxe de particule:

Sarcinile de particule sunt împărțite în două: sarcini inerte și sarcini de întărire. Termenul de încărcare inertă nu este probabil cel mai bun termen, deoarece există mai multe proprietăți care pot fi modificate prin încorporarea unei sarcini. Pentru utilizări normale, astfel de materiale de umplutură trebuie să fie complet insolubile în orice lichid care poate intra în contact cu compusul. Fiecare tip de încărcare poate varia în:

Dimensiunea medie și distribuția mărimii particulelor
Forma și porozitatea particulei
Natura chimică a suprafeței
Impurități, cum ar fi granulele și ionii metalici

Carbonat de calciu

În general, cu cât dimensiunea particulelor este mai fină, cu atât sunt mai mari valorile de rezistență la tracțiune, modul și duritate. Particulele mai groase au tendința de a da un compus cu proprietăți mai mici decât materialul virgin (fără încărcare) și dimpotrivă, dacă dimensiunea particulelor este destul de fină, proprietățile mecanice se îmbunătățesc, acest fenomen este cunoscut sub numele de armare.

Impuritățile din materialele de umplutură pot avea efecte grave asupra compusului polimeric. Particulele grosiere duc la puncte slabe în polimerii flexibili și, prin urmare, pot eșua în situații mai mici decât cele așteptate. În general, fenomenul de întărire pare să depindă de trei factori:

Extensie - cantitatea totală de suprafață a materialului de umplutură pe unitate de volum în contact cu polimerul
Intensitate - activitatea specifică a materialului de umplutură - interfață cu polimerul chimic cauzând legături fizice și/sau chimice
Geometric - precum structura și porozitatea particulelor

Exemple de materiale de umplutură cu particule sunt carbonatul de calciu, fibra de sticlă, microsfera de sticlă, dioxidul de titan etc.

Sarcini elastice:

Sarcinile elastice pot proveni din reciclarea cauciucurilor termorezistente și sunt adesea încorporate în termoplastice rigide pentru a-și îmbunătăți rezistența (rezistența la impact și fractură), deși rigiditatea lor scade și în funcție de sarcină, rezistența termică.

Compozitele cu sarcini și armături sunt folosite pentru a schimba și/sau îmbunătăți proprietățile fizice ale materialelor plastice, în principal proprietățile mecanice, deși, de asemenea, în unele cazuri, cum ar fi cu fibra de sticlă, ele ajută la îmbunătățirea proprietăților termice și dielectrice.

Umpluturile și armăturile pot fi, de asemenea, utilizate pentru a reduce costurile materialului, înlocuind o parte a polimerului cu umpluturi, deși trebuie considerat că umpluturile au în general o greutate specifică mai mare decât polimerul și costurile sunt calculate pe grame de material final.

Aditivi

Aditivii din plastic sunt în mod obișnuit molecule organice care sunt adăugate la polimeri în cantități mici (de obicei de la 0,05 la 5,0% în greutate) în timpul operațiilor de fabricație, prelucrare topită sau transformare pentru a îmbunătăți proprietățile inerente ale polimerului. Aditivii pot fi clasificați în trei categorii principale: modificatori de polimeri, amelioratori de performanță și ajutoare de proces. Clorura de polivinil (PVC) este de departe polimerul care oferă cea mai mare piață pentru aditivi, volumul combinat de plastifianți și modificatorii de proprietate reprezintă aproximativ 75% din aditivii din plastic la nivel mondial.

Poliolefinele și stirenicele împreună sunt grupurile după PVC care utilizează cei mai mulți aditivi.

Modificatorii de polimeri sunt utilizați în primul rând pentru a modifica proprietățile fizice sau mecanice ale plasticului. Acestea includ plastifianți, agenți de spumare sau suflare, cuplaje de încărcare, agenți de compatibilizare, modificatori de impact, peroxizi organici, nucleanți, clarificatori etc.