Oznaczenie Zawartości Napełniacza

27 maja 2022
Napełniacze stosowane w przetwórstwie tworzyw sztucznych są to stałe związki nieorganiczne lub organiczne, zazwyczaj trudno rozpuszczalne w wodzie, odpowiednio rozdrobnione, których wprowadzenie do mieszanki uzasadnione jest: obniżeniem kosztu, zmniejszeniem skurczu, często także poprawą pewnych właściwości (twardości, odporności cieplnej, zmniejszeniem palności, czy przewodnictwa cieplnego) a w odniesieniu do napełniaczy aktywnych także wyraźną poprawę wytrzymałości (wprowadzenie sadzy do kauczuku powoduje wzmocnienie mieszanki i przyrost jej wytrzymałości na rozciąganie o około 150%).

W przypadku napełniaczy niemających charakteru aktywnych utworzenie takich wiązań jest niemożliwe albo utrudnione ze względu na brak odpowiednich grup funkcyjnych czy znacznych różnic chemicznych w budowie składników. W efekcie uzyskanie wzmocnienia polimeru takim napełniaczem jest praktycznie niemożliwe. Napełniacze można jednak zaktywować przez modyfikację ich powierzchni za pomocą środków proadhezyjnych, które zawierają dwa rodzaje ugrupowań:

  • jedne - zdolne do utworzenia wiązań chemicznych lub silnych oddziaływań fizycznych z ziarnami napełniacza,
  • drugie - zdolne do podobnych oddziaływań z łańcuchami polimeru

Często zawartość wypełniacza w materiale musi być mierzona albo do celów kontroli jakości, albo w ramach rozwiązywania problemów, gdy potrzebna jest weryfikacja specyfikacji zawartości wypełniacza. Jednym z istotniejszych zagadnień jest tutaj zawartość włókna szklanego, będącego z jednej strony istotnym czynnikiem wzmacniającym i zmieniającym właściwości (głównie mechaniczne i termiczne) a z drugiej wprowadzającego anizotropię parametrów mechanicznych wynikającą z różnego ukierunkowania włókien.

Oznaczanie zawartości szkła w polimerze metodami termicznymi jest stosunkowo proste, ponieważ większość polimerów jest oparta na węglu i dlatego rozkłada się w powietrzu w temperaturach nie wyższych niż 650 stopni Celsjusza (1202 F). W tej temperaturze włókno szklane jest bardzo stabilne i zachowuje swoją pierwotną formę, dzięki czemu wszelkie pozostałości po zakończeniu testu można zbadać w celu określenia, czy jest to włókno długie, włókno krótkie, kulki szklane, itp.

Istnieją dwie podstawowe opcje wykonania tego oznaczenia: poprzez badanie popiołu (wcześniej spalenie próbki) lub na drodze analizy termograwimetrycznej (TGA). Testowanie poprzez oznaczenie zawartości popiołu jest znacznie prostsze i wykorzystuje mniej kosztowne oprzyrządowanie i aparaturę. Polega na zważeniu próbki, a następnie umieszczeniu jej w tyglu, który trafia do pieca, gdzie jest podgrzewany aż do całkowitego rozkładu polimeru. Pozostały popiół jest następnie ważony i obliczana jest zawartość wypełniacza.

Zawsze zaleca się zbadanie pozostałości, aby upewnić się, że tak oznaczona zawartość wypełniacza nie zawierała w mieszance innych składników. Przykładem może być tutaj biel tytanowa (często spotykany w tworzywach pigment); jeśli próbka jest biała, może zawierać TiO2, który jest również stabilny w temperaturze badania i pozostanie po zakończeniu badania. Wiele materiałów może zawierać tylko 1-2% białego pigmentu, który nie zmieni znacząco zawartości popiołu, zwłaszcza jeśli zawartość szkła jest stosunkowo wysoka (30-50%), jednak pamiętać należy, że niektóre żywice, które w stanie naturalnym są ciemno zabarwione, takie jak siarczek polifenylenu i polieteroimid, mogą wymagać bardzo wysokich poziomów zawartości bieli (rzędu 10%), aby osiągnąć pożądany kolor. (CDN)

Źródło: tworzywa.pl