Biến tính bề mặt (kích hoạt) của talc và ứng dụng của nó trong nhựa và lớp phủ
Talc là một silicat ngậm nước có công thức hóa học là 3MgO·4SiO2·H2O. Hình dạng tinh thể của nó có thể là dạng vảy, dạng lá, dạng kim và dạng khối.
Cấu trúc của talc nguyên chất bao gồm một lớp brucit (magiê hydroxit, MgO·H2O) kẹp giữa hai lớp silica, với các lớp xếp chồng lên nhau và các lớp talc liền kề được liên kết bằng lực van der Waals yếu. Khi cắt, các lớp có thể dễ dàng trượt vào nhau.
Talc trơ với hầu hết các thuốc thử hóa học, không phân hủy khi tiếp xúc với axit, là chất dẫn điện kém, có độ dẫn nhiệt thấp và khả năng chống sốc nhiệt cao, và không phân hủy khi đun nóng đến 900°C.
Những đặc tính tuyệt vời này của talc khiến nó trở thành chất độn tốt và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực nhựa và lớp phủ, nhưng bề mặt ưa nước của talc hạn chế ứng dụng của nó trong một số lĩnh vực kỵ nước. Để cải thiện hiệu suất của nó hơn nữa và mở rộng các lĩnh vực ứng dụng của nó, cần phải sửa đổi bề mặt.
1. Phương pháp biến tính bề mặt và các chất biến tính thường dùng cho talc
(1) Các chất biến tính bề mặt thường dùng cho talc
Để talc liên kết tốt hơn với polyme, hiện nay có hai loại chất biến tính chính được sử dụng để biến tính:
Các chất liên kết: chủ yếu là titanat, aluminat, silan và axit stearic. Titanat được sử dụng phổ biến hơn. Cấu trúc phân tử của chúng là R´-O-Ti-(O-X-R-Y)n, trong đó R´O- có thể phản ứng với cấu trúc hóa học của bề mặt chất độn, R là nhóm rối chuỗi dài có cấu trúc béo hoặc thơm, có thể cải thiện khả năng tương thích giữa polyme và chất độn, và Y là nhóm hoạt động phản ứng có thể liên kết chéo hoặc liên kết trong hệ thống chất độn polyme.
Chất hoạt động bề mặt: chủ yếu là natri dodecylbenzene sulfonate, natri dodecyl sulfonate, dodecyltrimethylammonium bromide, dodecyltrimethylammonium chloride, natri olefin sulfonate, v.v., có tác dụng giống như chất kết dính trong việc cải thiện khả năng tương thích giữa polyme và chất độn, nhưng cơ chế liên kết của chúng với bề mặt chất độn khác với cơ chế của chất kết dính.
(2) Phương pháp biến tính bề mặt của bột talc
Biến tính phủ bề mặt: Phủ bề mặt của các hạt bằng chất hoạt động bề mặt để tạo cho các hạt những tính chất mới là một phương pháp phổ biến hiện nay.
Phương pháp cơ học hóa học: Một phương pháp biến tính sử dụng phương pháp nghiền, ma sát và các phương pháp khác để tăng cường hoạt động bề mặt. Phương pháp này là nghiền và chà xát các hạt tương đối lớn để làm cho chúng nhỏ hơn.
Biến tính màng ngoài: Một phương pháp phủ đồng đều một lớp polyme trên bề mặt của các hạt để thay đổi các tính chất bề mặt của các hạt. Đối với bột talc, đầu tiên có thể nghiền và hoạt hóa, sau đó hấp phụ bằng chất hoạt động bề mặt trong điều kiện nhất định, sau đó hấp phụ bằng monome thông qua chất hoạt động bề mặt, cuối cùng các monome trải qua quá trình trùng hợp để đạt được hiệu ứng phủ bề mặt.
Biến đổi hoạt động cục bộ: Sử dụng phản ứng hóa học để hình thành các nhóm chức năng khác nhau trên bề mặt của các hạt để đạt được mục đích biến đổi bề mặt.
Biến đổi bề mặt năng lượng cao: Sử dụng phóng điện năng lượng cao, tia cực tím, tia plasma, v.v. để biến đổi bề mặt của các hạt. Phương pháp này sử dụng năng lượng khổng lồ do phóng điện năng lượng cao, tia cực tím, tia plasma, v.v. tạo ra để biến đổi bề mặt của các hạt, làm cho bề mặt của chúng hoạt động. Cải thiện khả năng tương thích của các hạt và polyme.
Biến đổi phản ứng kết tủa: biến đổi bằng phản ứng kết tủa. Phương pháp này sử dụng hiệu ứng kết tủa để phủ bề mặt của các hạt để đạt được hiệu ứng biến đổi.
2. Ứng dụng bột talc trong lĩnh vực nhựa
Bột talc lấp đầy nhựa để cải thiện độ cứng, độ ổn định kích thước và độ bôi trơn của sản phẩm, ngăn ngừa hiện tượng biến dạng ở nhiệt độ cao, giảm mài mòn máy đúc và làm cho polyme cải thiện độ cứng và khả năng chống biến dạng thông qua quá trình lấp đầy trong khi cường độ va đập về cơ bản vẫn không thay đổi. Nếu được xử lý đúng cách, nó có thể cải thiện khả năng chống sốc nhiệt của polyme, cải thiện độ co ngót khi đúc của nhựa, mô đun đàn hồi uốn và độ bền kéo của sản phẩm.
Ứng dụng trong vật liệu PP: Ứng dụng này được nghiên cứu rộng rãi nhất và được sử dụng rộng rãi nhất. Hiện nay, nó được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận ô tô, chẳng hạn như cản ô tô, bộ phận ngoại vi động cơ, bộ phận điều hòa không khí, bảng điều khiển, đèn pha, khung gầm, bàn đạp và các bộ phận khác.
Ứng dụng trong ô tô: Vật liệu PP có nhiều nguồn gốc, mật độ thấp và có thể được biến đổi để cải thiện các tính chất vật lý và hóa học của chúng. Nó có thể giảm chi phí, giảm trọng lượng và giảm mức tiêu thụ nhiên liệu mà không làm giảm các tính chất cơ học. Ví dụ, quạt làm mát ô tô được phun vật liệu PP chứa bột talc không chỉ nhẹ và ít tiếng ồn mà còn cải thiện hiệu quả làm mát.