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:
- Наполнители для полимерных композиционных материалов. Под редакцией Каца Г. С. М.: Химия, 1981. 736 с.
- Физическая химия силикатов. Под редакцией Пащенко А. А. М.: Высшая школа, 1986. С. 204-234.
- Промышленные полимерные композиционные материалы. Под редакцией Ричардсона М. М.: Химия, 1980. 472 с.
- 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