Modificación superficial (activación) del talco y su aplicación en plásticos y recubrimientos
El talco es un silicato hidratado con una fórmula química de 3MgO·4SiO2·H2O. Su forma cristalina puede ser de escamas, hojas, agujas y bloques.
La estructura del talco puro consiste en una capa de brucita (hidróxido de magnesio, MgO·H2O) intercalada entre dos capas de sílice, con las capas apiladas una sobre la otra y las capas de talco adyacentes unidas por fuerzas débiles de van der Waals. Cuando se le aplica cizallamiento, las capas pueden deslizarse fácilmente unas contra otras.
El talco es inerte a la mayoría de los reactivos químicos, no se descompone al entrar en contacto con ácido, es un mal conductor de electricidad, tiene baja conductividad térmica y alta resistencia al choque térmico, y no se descompone al calentarse a 900 °C.
Estas excelentes propiedades del talco lo convierten en un buen relleno y se utiliza ampliamente en los campos de los plásticos y los revestimientos, pero la superficie hidrófila del talco limita su aplicación en algunos campos hidrófobos. Para mejorar aún más su rendimiento y ampliar sus áreas de aplicación, es necesaria la modificación de la superficie.
1. Métodos de modificación de la superficie y modificadores de uso común para el talco
(1) Modificadores de superficie de uso común para el talco
Para que el talco se adhiera mejor a los polímeros, existen dos tipos principales de modificadores que se utilizan actualmente para la modificación:
Agentes de acoplamiento: principalmente titanatos, aluminatos, silanos y ácidos esteáricos. Los titanatos son los más utilizados. Su estructura molecular es R´-O-Ti-(O-X-R-Y)n, donde R´O- puede reaccionar con la estructura química de la superficie del relleno, R es un grupo enredado de cadena larga con una estructura grasa o aromática, que puede mejorar la compatibilidad entre el polímero y el relleno, e Y es un grupo reactivo activo que puede reticularse o unirse en el sistema de relleno de polímero.
Surfactantes: principalmente dodecilbencenosulfonato de sodio, dodecilsulfonato de sodio, bromuro de dodeciltrimetilamonio, cloruro de dodeciltrimetilamonio, olefinsulfonato de sodio, etc., que tienen el mismo efecto que los agentes de acoplamiento en la mejora de la compatibilidad entre polímeros y cargas, pero su mecanismo de unión a la superficie de la carga es diferente al de los agentes de acoplamiento.
(2) Métodos de modificación de la superficie del talco en polvo
Modificación del recubrimiento de la superficie: cubrir la superficie de las partículas con surfactantes para darles nuevas propiedades es un método común hoy en día.
Método mecanoquímico: método de modificación que utiliza trituración, fricción y otros métodos para mejorar la actividad de la superficie. Este método consiste en triturar y frotar partículas relativamente grandes para hacerlas más pequeñas.
Modificación de la película externa: método de recubrimiento uniforme de una capa de polímero sobre la superficie de las partículas para cambiar las propiedades de la superficie de las partículas. En el caso del talco en polvo, primero se puede triturar y activar, luego adsorber con tensioactivos en determinadas condiciones y luego adsorber con monómeros a través de tensioactivos, y finalmente los monómeros se someten a polimerización para lograr el efecto de recubrimiento de la superficie.
Modificación activa local: utilice reacciones químicas para formar diferentes grupos funcionales en la superficie de las partículas para lograr el propósito de la modificación de la superficie.
Modificación de la superficie de alta energía: utilice descargas de alta energía, rayos ultravioleta, rayos de plasma, etc. para modificar la superficie de las partículas. Este método utiliza la enorme energía generada por descargas de alta energía, rayos ultravioleta, rayos de plasma, etc. para modificar la superficie de las partículas, haciendo que sus superficies sean activas. Mejore la compatibilidad de partículas y polímeros.
Modificación por reacción de precipitación: modificación mediante reacción de precipitación. Este método utiliza el efecto de precipitación para recubrir la superficie de las partículas para lograr el efecto de modificación.
2. Aplicación del talco en polvo en el campo de los plásticos
El talco en polvo rellena los plásticos para mejorar la rigidez, la estabilidad dimensional y la lubricidad de los productos, evitar la fluencia a alta temperatura, reducir el desgaste de la maquinaria de moldeo y hacer que el polímero mejore la dureza y la resistencia a la fluencia mediante el relleno mientras que la resistencia al impacto permanece básicamente sin cambios. Si se maneja correctamente, puede mejorar la resistencia al choque térmico de los polímeros, mejorar la contracción de moldeo de los plásticos, el módulo elástico de flexión y la resistencia a la fluencia de los productos.
Aplicación en materiales de PP: Esta aplicación es la más estudiada y la más utilizada. Ahora se usa ampliamente en piezas de automóviles, como parachoques de automóviles, piezas periféricas del motor, piezas de aire acondicionado, tableros de instrumentos, faros, chasis, pedales y otras piezas.
Aplicación en automóviles: Los materiales de PP tienen una amplia gama de fuentes, baja densidad y se pueden modificar para mejorar sus propiedades físicas y químicas. Puede reducir los costos, reducir el peso y reducir el consumo de combustible sin reducir las propiedades mecánicas. Por ejemplo, el ventilador de enfriamiento automotriz inyectado con materiales PP rellenos de talco no solo es liviano y silencioso, sino que también mejora la eficiencia de enfriamiento.