Пластмассы редко состоят из одного полимера. Чтобы удешевить материал, повысить жёсткость и улучшить технологичность, в полимеры вводят минеральные наполнители — и самый массовый из них карбонат кальция, то есть микрокальцит. Его добавляют в ПВХ, полиэтилен, полипропилен и множество композитов. Разберём, зачем микрокальцит нужен в полимерах, как он влияет на свойства и почему его обрабатывают стеариновой кислотой.
Зачем полимерам минеральный наполнитель
Введение микрокальцита в полимер решает сразу несколько задач:
- Снижение стоимости. Карбонат кальция в разы дешевле полимера, поэтому замещение части связующего наполнителем удешевляет изделие — это главный экономический мотив.
- Повышение жёсткости и твёрдости. Минеральные частицы повышают модуль упругости, изделие становится более жёстким и формоустойчивым.
- Улучшение технологичности. Наполнитель влияет на усадку, теплопроводность и поведение расплава при переработке.
- Стабильность размеров и теплостойкость. Наполненные композиции меньше деформируются и лучше держат форму при нагреве.
- Матовость и белизна. Карбонат кальция придаёт изделиям белый цвет и матовую поверхность.
Микрокальцит в ПВХ
ПВХ — крупнейший потребитель карбонатного наполнителя среди полимеров. Микрокальцит вводят в жёсткий ПВХ (профили, трубы, сайдинг, панели) и в пластифицированный (линолеум, кабельные пластикаты, плёнки). В жёстком ПВХ он повышает жёсткость и удешевляет профиль, в кабельных композициях — регулирует свойства изоляции. Для ПВХ-изделий критичны чистота и тонина наполнителя, а также его обработка.
Микрокальцит в полиолефинах
В полиэтилене и полипропилене карбонат кальция применяют в виде наполненных композиций и концентратов (мастербатчей). Высоконаполненные полиолефины используют для производства упаковки, плёнок (в том числе «дышащих»), литьевых изделий. Микрокальцит повышает жёсткость, снижает стоимость, улучшает печатные свойства и поверхность. В «дышащих» плёнках частицы карбоната при вытяжке создают микропоры, пропускающие воздух и пар, но не воду.
Зачем обрабатывают стеариновой кислотой
Поверхность карбоната кальция полярна (гидрофильна), а полимеры (особенно полиолефины) неполярны. Чтобы наполнитель хорошо распределялся в полимере и не образовывал агломератов, его частицы покрывают тонким слоем стеариновой кислоты (стеарата). Обработанный микрокальцит:
- лучше совмещается с полимером и легче диспергируется;
- не слипается, лучше течёт и дозируется;
- снижает влагопоглощение;
- улучшает механические свойства готового изделия и снижает износ оборудования.
Поэтому для полимеров чаще используют именно активированный (обработанный) микрокальцит.
Влияние степени наполнения
| При росте наполнения | Что происходит |
|---|---|
| Стоимость | снижается |
| Жёсткость, модуль | растёт |
| Ударная вязкость | может снижаться |
| Плотность | растёт |
Умеренное наполнение даёт лучший баланс. Чрезмерное снижает ударную вязкость и пластичность, делая изделие хрупким, поэтому для каждой рецептуры есть оптимум.
Требования к микрокальциту для полимеров
- тонкий и контролируемый помол (узкое распределение частиц);
- низкая влажность;
- высокая белизна и чистота (мало железа и абразивного кварца);
- поверхностная обработка стеаратом для совместимости с полимером.
Частые вопросы
Зачем в пластик добавляют мел/микрокальцит?
В первую очередь чтобы удешевить изделие и повысить его жёсткость. Дополнительно наполнитель улучшает стабильность размеров, теплостойкость, белизну и технологичность переработки.
Портит ли наполнитель пластик?
В умеренном количестве — нет, он улучшает многие свойства. Избыток наполнителя снижает ударную вязкость и делает изделие хрупким, поэтому степень наполнения ограничивают.
Что значит «активированный» микрокальцит?
Это микрокальцит, обработанный стеариновой кислотой. Такая обработка делает частицы совместимыми с неполярным полимером, улучшая распределение и свойства композиции.
Источники
- «Анализ влияния микрокальцита на эффективность совместной работы наполненных полимерных покрытий с бетонными основаниями» // КиберЛенинка.
- «Модификация минерального наполнителя нановолоконной целлюлозой» // КиберЛенинка.
Марку, фракцию и обработку наполнителя подбирайте под полимер и способ переработки.