Заказать звонок

CAPTCHA
Отметьте галочку, чтобы мы убедились, что Вы не бот.

Вы здесь

Минеральные наполнители и заполнители

21-05-2019 опубликовал admin

Минеральные наполнители оказывают большое влияние на свойства наполняемых полимеров. В большей степени это действие проявляется при формировании структуры полимербетона, у которого количество наполнителей и заполнителей составляет примерно 90-95% по массе. Однако механизм взаимодействия наполнителей и заполнителей с термореактнвными смолами применительно к полимербетонам был разработан в значительно меньшей степени.

Минеральные наплолнители представляют собой дисперсные порошки (минеральные используются чаще) с размером частиц менее 0,15 мм и удельной поверхностью, оптимальной для практических целей, в пределах 2500—5000 см2/г. К заполнителям относится песок с крупностью зерен до 5 мм и щебень с крупностью зерен до 50 мм.

Высокое содержание в составе полимербетонов миинеральных наполнителей и заполнителей позволяет уменьшить расход полимерного связующего, стоимость которого в основном определяет стоимость полимербетона; ограничивает температурные и усадочные деформации; регулирует плотность, прочность, твердость, физико-механические и другие свойства.

Степень влияния минеральных наполнителей на те или иные свойства полимерных композиций зависит от их химического состава, дисперсности и формы частиц, состояния поверхности, процентного содержания и других факторов. Например, при введении в синтетические смолы небольшого количества наполнителей нарушается межмолекулярная упорядоченность синтетической смолы в связи с появлением разветвленной поверхности минералных наполнителей. При выводе системы из равновесного состояния увеличивается ее свободная энергия, что сопровождается уменьшением плотности упаковки.

Следует отметить, что разделение компонентов на наполнители и заполнители диктуется не только требованиями уточнения терминологии, но и достаточно физически обоснованно, исходя из роли наполнителя, удельная поверхность которого составляет 98— 99%, а заполнителей только 1—2%.

Введение наполнителей в количестве более 200—300% также приводит к ухудшению свойств наполненной композиции из-за неполного смачивания связующим поверхности наполнителей.

В качестве наиболее распространенных наполнителей полимербетонов используют порошки андезита, диабаза, маршаллита, цемента, графита и др. Заполнителями служат андезит, базальт, графит, кварц, шунгит и другие породы в виде песка и щебня. В составе легких полимербетонов применяют аглопорит, керамзит, перлит, шунгизит, шлакоситалл, туфы, пемзы и другие искусственные и естественные пористые заполнители.

Повышение тиксотропных свойств полимерных мастик и растворов обеспечивает введение в состав сажи, дисперсного поливинилхлорида или аэросила.

Для правильной оценки влияния минеральных наполнителей на свойства полимербетонов приведем основные характеристики наполнителей, наиболее часто используемых в составах полимербетонов.

Дисперсность наполнителей. Мелкодисперсные наполнители независимо от их природы всегда полидисперсны. Отсюда вытекает важность определения закона распределения диспергированной системы по размеру составляющих частиц.

Распределение частиц диспергированной системы по их размеру (радиусу) может быть представлено кривой распределений, на основании которой устанавливаются размеры самых мелких и самых крупных частиц, а также размеры частиц, находящихся в системе в наибольшем количестве.

Многочисленные исследования взаимодействия наполнителей с синтетическими смолами показывают, что химическая природа наполнителя оказывает значительное влияние на различные свойства наполненной композиции. Однако во всех случаях важнейшим условием усиливающего действия наполнителей в таких системах является высокая адгезия полимерного связующего к поверхности наполнителя и, следовательно, природа связей на границе раздела полимер — твердое тело. Второе и обязательное условие — совместимость наполнителей и заполнителей с отвердителями и катализаторами. Так, наполнители и заполнители, имеющие щелочную реакцию, не пригодны для полимербетонов на основе фурановых, фенолформальдегидных и других смол, отверждаемых кислотными катализаторами. Для полимербетонов на полиэфирных, ацетоноформальдегидных смолах, ММА и др. такого ограничения практически нет. Поэтому в настоящее время достаточное признание получила классификация наполнителей по их химическому составу, определяемому по общепринятой методике.

Наполнители по химическому составу делятся на четыре основные группы: кремнеземистые (кварцевый песок, аэросил и др.); карбонатные и основные (доломит, диабаз и др.); углетрафитовые (кокс, графит); водные силикаты алюминия и магния (каолин, тальк).

Практика показала, что такое разделение существенно облегчает правильный зыбор наполнителей и заполнителей для химически стойких полимербетонов, но иногда этой классификации недостаточно, так как минеральные наполнители, как правило, имеют сложный химический состав поверхности, и определить влияние каждого компонента иа связь с полимером не всегда возможно. В этих случаях может быть использован метод определения суммарной химической активности поверхности наполнителя по рН его водной вытяжки. Установлено, что рН влияет на смачиваемость, состав межфазного слоя, кинетику реакции отверждения и в итоге влияет на свойства наполненных композиций. Этот метод оценки наполнителей, хотя и довольно приближенный, достаточно прост.

Несмотря на различие химического состава, большинство минеральных наполнителей имеет высокую поверхностную энергию. Поэтому такие наполнители способны к сравнительно высокому адсорбционному и адгезионному взаимодействию с изучаемыми синтетическими смолами и мономерами.

Большинство наполнителей, применяемых для изготовления мастик, растворов и иолимербетонов (андезит, маршаллит, аэросил и др.), активно по отношению к полиэфирным смолам и ММЛ и может вступать с ними в специфическое взаимодействие.

Например, в полиэфирных смолах с поверхностью частиц наполнителя способны взаимодействовать карбонильные и гидро-ксильпые группы полиэфира с образованием ковадентных или водородных связен, а также более прочных, чем в объеме полимера, надмолекулярных структур.

Обнаруженные закономерности сохраняются я для фурфуролацетоновых смол. Однако особенность этих смол состоит в том, что ее молекулы наряду с карбонильными группами содержат фурановые кольца, которые взаимодействуют с поверхностью наполнителя.

Таким образом, минеральные наполнители отличаются разнообразием химического состава, имеют различные физико-механические свойства, в том числе плотность, удельную поверхность, форму частиц и др. Это позволяет, сочетая их с различными смолами, в широких пределах регулировать свойства полимерных мастик и высокона-полненных композиций. В состав полимербетонов в качестве крупного заполнителя, как правило, вводят щебень, средняя плотность и гранулометрический состав которого должен подбираться исходя из условий плотной упаковки в процессе формования, размеров, геометрической формы и средней плотности реальных изделий или конструкций.

К химическому составу щебня предъявляются такие же требования, как и к наполнителям.