Filler Masterbatch

FILLER MASTERBATCH

Adaosul de materiale de umplutura in polimeri a fost impus de ratiuni economice, pentru a reduce pretul de cost. Ele insa aduc si modificari ale proprietatilor polimerilor, astfel incat, prin optimizarea tehnico-economica, odata cu reducerea pretului de cost pot fi imbunatatite si proprietatile polimerului, din punct de vedere mecanic, termic, conductiv sau al rezistentei chimice. De exemplu, in injectie, materialele de umplutura duc la o miscorare a contractiei, rezolvand astfel problema stabilitatii dimensionale a piesei injectate.

Aceste materiale sunt cunoscute sub termenul generic de filler. In acceptiunea generala, filler se refera la acele materiale de umplutura menite sa reduca pretul de cost. Tehnic vorbind fillerul se refera la aportul de materiale in general, atat de umplutura (filler extender – CaCO3, talc, caolin, etc) cat si pentru ranforsare a polimerilor (fibre/sfere de sticla, fibre aramidice, fibra de carbon, etc).

Avantajele folosirii materialelor  de umplutura:
  • Cost redus
  • Reducerea contractiei
  • Cresterea densitatii
  • Cresterea HDT
  • Cresterea duritatii
  • Imbunatatirea calitatii suprafetei
  • Usureaza printarea
  • Diminuarea variatiei proprietatilor mecanice si fizice fata de temperatura
Dezavantajele  sunt, in principal, legate de :
  • Actiunea abraziva
  • Anizotropia materialului (modificarea anumitor proprietati mecanice preferential pe o directie)

Cele mai folosite materiale de umplutura si avantajele acestora sunt:

Carbonat de calciu  (CaCO3)
  • Cost scazut
  • Stabilitate termica buna si rezistenta la imbatranire
  • Netoxic, inodor
  • Rezistent termic pana la 840° C
Talc
  • Folosit foarte mult în PP
  • In granulatie fina are efect de nucleare
  • Scade indicele de curgere
  • Reduce fluajul
  • Conductivitate termica buna
  • Creste rezistenta la abraziune
  • Reduce rezistenta la tractiune si impact
  • Da tenta de culoare maro
  • In general nu este apt Food Contact
  • Talcul de calitate este mai scump decat CaCO3
Caolin (Al2O3•2SiO2•2H2O)
  • Îmbunătățește proprietățile electrice
  • Creste rezistenta chimica
  • Reduce tendinta de fisurare
  • Imbunatateste rezistenta la socuri
  • Imbunatateste calitatea suprafetei
  • Creste sensibil rigiditatea
  • Confera stabilitate dimensionala ridicata la temperaturi inalte
Dolomite (CaMg (CO3) 2)
  • Proprietati dielectrice bune
  • Mai abraziva si mai putin rezistenta la intemperii decat CaCO3
Gypsum (CaSO4 • 2 H2O)
  • Rezistenta crescuta la acizi
Asbestos (Na2Fe2 + 3Fe3 + 2Si8O22 (OH) 2)
  • Creste foarte mult rigiditatea
  • Periculos pentru sanatate
Silicati – sfere de sticla (6SiO2•CaO•Na2O)
  • Uniformitate a granulatiei
  • Transparenta
  • Creste rezistenta la compresiune si tractiune
  • Stabilitate termica ridicata
  • Nu influenteaza semnificativ MFR
  • Sferele goale pot scadea densitatea materialului
  • Folosit de obicei cu un agent de cuplare silanic
Sulfat de calciu (BaSO4)
  • Flame/Smoke retarding
Barita (BaSO4)
  • Transparenţă
Mica
  • Imprima coloratie bruna
Cel mai utilizat material de umplutura in plastice este carbonatul de calciu, avand avantajul net al pretului de cost. Este netoxic, inodor, are indice mic de absorbie de ulei si nu induce deviatii de culoare.
 
Putem intelege mai bine modificarile aduse de carbonat in poliolefine, daca aruncam o privire asupra proprietatilor de baza ale celor doua:
Proprietate U.M. Carbonat calciu Poliolefine
Greutate specifica in stare solida g/cm3 2,7 0,90 – 0,96
Greutate specifica a topiturii g/cm3 – 0,764 (HDPE) | 0,739 (PP)
Conductivitate W/(m*K) 2,7 < 0,5
Caldura specifica KJ/(Kg*K) 0,9 1,8 – 2,4
Duritate Mohs 3 –
Indice de absorbtie de ulei ml/100 g 14 – 29 –
Indice de refractie – 1,640 – 1,660 1,51 ( LDPE ) | 1,54 ( HDPE ) | 1,49 ( PP )
Temperatura de descompunere 0C 840 335 – 450 ( PE ) | 328 – 410 ( PP )
Conductivitatea termică a carbonatului de calciu, sensibil mai mare decat a poliolefinelor, induce amestecului topirea mai rapida in timpul procesarii cat si, ulterior, si o racire mai rapida, ducand astfel la un ciclu de procesare mai scurt, si, implicit, la imbunatatirea productivitatii. In medie, adaugarea unui procent de carbonat de calciu in greutate produce o crestere de un procent a volumului procesat pe unitatea de timp. Pe de alta parte, caldura specifica mai mica va duce la scaderea consumului de energie necesar topirii amestecului. Temperatura de descompunere (direct din faza solida) considerabil mai mare a carbonatului va  imprima produsului final un comportament termic mai bun (creste temperatura de deformare termica (HDT) si punctul de inmuiere Vicat). Deoarece nu isi schimba densitatea semnificativ cu temperatura, va duce la o diminuare a variatiei densitatii matricei polimerice fata de aceasta, prin urmare la un indice de contractie mai mic si, implicit, la diminuarea deformarilor (warpage).
 
Calitatea unui astfel de filler depinde de:
  • granulatia carbonatului ( in mod uzual intre 1 si 3 µ )
  • de distributia granulometrica, prezenta unor particule cu dimensiuni mult diferite ducand la defecte (daca sunt prea mari constituie germenii defectelor, cum ar fi ruperea balonului la producerea filmului / prea mici – cresc vascozitatea amestecului si au tendinta de aglomerare)
  • gradul de dispersie in matricea polimerica (o dispersie buna asigura omogenitate / aglomerarile de mineral constituie germeni pentru fisuri, rupturi, etc)
  • tratamentul de suprafata al carbonatului (de obicei cu stearat de calciu / agenti de cuplare pe baza de derivati silanici sau titanati organici)