Оценка влияния свойств тальков различных производителей на показатели качества композиций полипропилена

Месторождения чистых минералов, пригодные для промышленной разработки, встречаются крайне редко. В большинстве случаев минералы в исходном состоянии содержат различные примеси, ухудшающие свойства основного продукта.

Только в редких случаях наполнитель состоит из одного типа или нескольких подобных типов силикатов. Поэтому указание источника и способа получения наполнителя является очень важным.

При использовании конкретных наполнителей необходимо провести дополнительный анализ или затребовать от поставщика дополнительных сведений о возможных примесях, которые могут оказывать вредное влияние на полимерные связующие и другие компоненты наполненных композиций.

В природе существует несколько рудных минералов, из которых получают тальк. В качестве наполнителя для полимеров наибольшую ценность представляет тальк в виде тонко измельченного порошка белого цвета с пластинчатыми частицами. Благодаря пластинчатой форме частицы талька обычно оказывают усиливающий эффект при наполнении полимеров. Тальк, однако, может служить и инертным наполнителем, способным снижать стоимость композиций без резкого ухудшения физико-механических свойств. В настоящее время промышленность выпускает широкий ассортимент наполнителей на основе талька [1].

Минерал тальк представляет собой гидратированный силикат магния следующей химической формулы Mg3Si4O10(OH)2. Состав реального минерала обычно отличается от теоретического и зависит от его месторождения. Часто содержит изоморфные примеси: FeO (1-5%), MnO, NiO, обычно 1-2% SiO2 замещены на Al2O3. Твердость талька по шкале Мооса всего 1-2. [2].

Полипропилен, наполненный тальком, характеризуется повышенной жесткостью и сопротивлением ползучести при повышенных температурах. Кроме того, введение талька улучшает формуемость и текучесть полипропилена, повышает качество поверхности отформованных деталей. [3].

На рынке существует несколько производителей талька для наполнения полимеров <...>:

  • ЗАО "Байкалруда"
  • ЗАО "Геоком"
  • компания "Байкальские минералы"
  • LUZENAC (Франция) и др.

В данной работе представлены результаты сравнительных исследований по оценке влияния талька различных производителей на комплекс свойств наполненных композиций полипропилена.

В качестве объектов исследования выбраны тальки известных производителей:

  • ЗАО "Байкалруда" – ТПМ-1 (ТУ 5727-003-10733471-2000)
  • LUZENAС (Франция) – A 20 C
  • ЗАО "Геоком" – МИТАЛЛ 10-99 и МИТАЛЛ 05-97
  • "Байкальские минералы" – ММ-30.

Основные показатели тальков этих торговых марок представлены в таблице 1.

Таблица 1. Качественные показатели тальков.

Показатели ТПМ-1 А 20 С МИТАЛ 10-99 МИТАЛ 05-97 ММ-30
Белизна по CIE Lab, % не норм. 98 99 97 86
Массовая доля Fe2O3, % 0,7 0,2 0,2 0,3 0,8
Средний медианный диаметр частиц (D50), мкм 15 3 9 5 8

В качестве связующего использовался полипропилен марки 21060-16Н (ТУ 2211-051-05796653-99) производства ООО "Томскнефтехим". Изготовление композиций содержащих 10, 20, 30, 40 и 50 % масс. талька проводили в смесителе типа "Бенбери".

Оценку физико-механических свойств композиций проводили на образцах изготовленных литьем под давлением в соответствии с ГОСТ12019-66. Результаты испытаний представлены в таблице 2.

Для всех композиций с увеличением содержания тальковых минералов характерно повышение жесткости материала и снижение стойкости к внешним механическим воздействиям, а так же значительное сокращение стойкости к термоокислительному старению. Изменение размера частиц талька сказывается как на реологических, так и на физико-механических свойствах композиций. Чем меньше средний медианный диаметр частиц талька, тем выше показатели жесткости, стойкости к ударным нагрузкам и термоокислительному старению композиций. Устойчивости материалов к действию высоких температур способствует так же снижение содержания Fe2O3 в минеральных наполнителях. Влияние белизны исходных тальков будет в значительной степени сказываться на визуальных характеристиках композиции и на способности материала к окрашиванию. [4].

Таким образом, учитывая свойства тальков различных производителей можно объективно подходить к созданию композиционных материалов с конкретными требованиями для готовой продукции.

Таблица 2. Физико-механические свойства композиций тальков с полипропиленом.

Тальк Содержание, % масс Показатели
Еизг., МПа I c/н+23, кДж/м2 Ш б/н-40, кДж/м2 ТОС 150°С, ч Стойкость к царапанью, г
ТПМ-1

10

 1900  3,0  15  470  1100
20  2360  2,9  13  120  1000
30  2760  2,7  12  30  900
40  3500  2,5  8  15  800
50  4430  2,3  6  8  800
А 20 С 10  2290  7,6  22  970  1700
20  3040  7,3  16  960  1600
30  4000  7,2  12  650  1500
40  5170  6,2  8  510  1400
50  6490  5,8  5 310  1300
МИТАЛ 10-99 10  1820  3,7  19  1050  1700
20  2290  3,5  15  1040  1700
30  2810  3,4  11  940  1600
40  3400  3,0  8  730  1500
50  4260  2,4  5  470  1500
МИТАЛ 05-97 10  2110  5,0 22  1200  1800
20  3010  4,5  19  1020  1700
30  3720  4,0  15  810  1600
40  4930  3,3  11  540  1500
50  6530  2,9  8  330  1500
ММ-30 10  1950  4,5  20  480  800
20  2490  4,2  15  100  700
30  3110  4,0  13  30  700
40  4160  3,3  9  20  700
50  5090  2,9  5  10  600

 

Список литературы:

  1. Наполнители для полимерных композиционных материалов. Под редакцией Каца Г. С. М.: Химия, 1981. 736 с.
  2. Физическая химия силикатов. Под редакцией Пащенко А. А. М.: Высшая школа, 1986. С. 204-234.
  3. Промышленные полимерные композиционные материалы. Под редакцией Ричардсона М. М.: Химия, 1980. 472 с.
  4. Быков Е. А. // Пластические массы. 2006. № 1. С. 32-36.

 

Источник: А. В. Старыгин, В. И. Верещагин, С. Н. Днепровский, А. И. Агафонова, Т. А. Овсянникова, ООО "Томскнефтехим", ТПУ, г. Томск