در صنعت پلاستیک پرکننده ­ها نقش مهمی را در رسیدن به استحکام، پایداری ابعادی، و دیگر خواص مورد نیاز برای کاربردهای مورد نظر، دارند. عمل کرد پلیمرهای تقویت ­شده نه تنها به مشخصات فیلر، بلکه به میزان پراکنش و نیز به بر هم ­کنش ­های ایجاد شده در سطح مشترک فیلر-پلیمر، بستگی دارد. پراکنش خوب پرکننده در یک رزین پلیمری برای دست یابی به عمل کرد مطلوب در کاربرد نهایی بسیار مهم است .به منظور پراکنش مؤثر ماده­ پرکننده، در ابتدا لازم است که در مورد عوامل پراکنده­ ساز و اتصال دهنده، چگونگی عمل کرد این مواد افزودنی در سطح پرکننده/پلیمر و نیز مزایای استفاده از آن  ها در فرمولاسیون، در راستای ارائه­ عمل کرد بهتر و هزینه­ کمتر، بیش تر بدانیم.

چرا به عوامل پراکنده ­ساز و اتصال ­دهنده نیاز داریم؟

از چند دهه­ گذشته تا کنون، ترکیب مواد پرکننده­ی معدنی و آلی در یک ماتریس پلیمری از اهمیت صنعتی قابل توجهی برخوردار بوده است. این افزودنی­ ها برای تولید کامپوزیت­ های جدید با خواص مطلوب جهت استفاده در کاربردهای خاص به ترکیب اضافه می­ شوند. رنگدانه ­ها، مواد پرکننده، و سایر مواد جامد با اندازه­ بسیار کوچک را می­ توان از طریق افزودن عوامل پخش کننده و عوامل اتصال، با سهولت بیشتری در ترکیبات پلاستیکی گنجاند. پخش کننده­ ها برای خیس کردن­، پایداری و افزایش میزان افزودن رنگدانه ­ها و سایر مواد پرکننده بکار می ­روند. آنها معمولاً در کامپوزیت ­ها و نانوکامپوزیت­ ها برای موارد زیر استفاده می­شوند: پراکنش مناسب و افزایش سطح بر هم ­کنش بین پرکننده مورد استفاده و ماتریس پلیمری بنابراین، عوامل پراکنده ­ساز و نیز عوامل اتصال­دهنده به تولید یک سوسپانسیون پایدار کمک می­ کنند تا بتوان بدون هم­زدن مکانیکی ان­ها را فرآیند کرد و در نتیجه تجمع ذرات را تا حد امکان کاهش داد. در همین راستا: انرژی مورد نیاز برای پراکنش کاهش و همگنی محصولات نهایی بهبود می ­یابد. بعلاوه، در نتیجه­ پراکنش بیش تر، استحکام رنگ رنگدانه­ ها افزایش می ­یابد و منجر به افزایش بازده آن­ها خواهد شد. در هر غلظتی، عوامل پراکنده­ ساز و عوامل اتصال­ دهنده می­ توانند به طور موثری فرآیندپذیری، خصوصیات مکانیکی و زیبایی پلاستیک­ ها را افزایش دهند.

مزایای استفاده از عوامل پراکنده ­ساز در کامپوزیت­ ها: 

• ویسکوزیته کمتر/بهبود جریان پلیمر جهت افزایش بازدهی به معنی پر کردن بهتر قالب، تولید قطعاتی با دیواره­ی نازک تر (نمودار پایین).

• افزایش استحکام ضربه
• تنش تسلیم و ازدیاد طول تا پارگی بالا
• استحکام رنگ بالاتر در نتیجه­ پراکنش بهتر
• افزایش زیبایی
• مسدود شدن سطح پرکننده و عدم جذب مواد افزودنی دیگر از پلیمر

بهبود خواص ذکر شده پلاستیک­ ها را مناسب استفاده در کاربردهایی نظیر موارد زیر می­ سازند:

• بسته ­بندی
• قطعات الکترونیکی
• اتومبیل
• هوافضا
• لوازم خانگی

ساز و کار:

چسبندگی پلیمر به سطح پرکننده توسط عواملی بهبود می­ یابد که حداقل دارای دو گروه عاملی باشند. یک گروه به سطح پرکننده و گروه دیگر چسبندگی به پلیمر را ایجاد کرده و به طور مؤثری از تجمع ذرات پرکننده جلوگیری می کند.

ساختار کلی پراکنده­ ساز شامل یک گروه لنگر (A) است که باید به صورت شیمیایی با سطح فیلر پیوند برقرار کند و یک گروه بافر (B) که ذرات را از هم جدا کرده و در نتیجه ذرات به هم نمی­ چسبند. عوامل پراکنده ­ساز به ذرات می­ چسبند اما هیچ گونه برهم ­کنش قوی و خاصی با پلیمر اطراف ندارند. این مواد باعث افزایش همگنی شده و از ایجاد نقص­ هایی که در نقاط تجمع ذرات به وجود می­ آیند جلوگیری می ­کنند.

ساختار کلی عامل اتصال­ دهنده اما، از یک گروه لنگر (Anchor) (A)، یک گروه بافر/پل (Buffer/Bridge) (B) و یک گروه جفت­کننده (Couplant) (C) تشکیل شده است. عوامل اتصال­ دهنده در اصل مولکول­ های هیدروکربن با زنجیره کوتاه هستند، که یک انتهای آن ها با پلیمر سازگار یا واکنش پذیر است در حالی که انتهای دیگر قادر به واکنش با الیاف یا پرکننده ­هاست.

این عوامل به ذرات می­ چسبند اما باید از طریق پیوندهای شیمیایی یا گره­ خوردگی­ های زنجیری به پلیمر هم متصل شوند تا استحکام را برای ماده به ارمغان بیاورند.

معمولاً الیاف یا ذرات پرکننده، قبل از قرار گرفتن در ماتریس پلیمر با عامل جفت­کننده اصلاح شده و با یک لایه­ سطحی به صورت شیمیایی پوشش داده می ­شوند.

انواع پراکنده­ سازها

عوامل پراکنده ­ساز موجب بهینه شدن توزیع مواد پرکننده در ترکیبات می­ شوند. در طی فرآیند پراکنش، این مواد افزودنی به پوشاندن سطح تازه تشکیل شده­ از ذرات اولیه کمک می­ کنند. بدین ترتیب، آنها از تجمع و کلوخه شدن ذرات جلوگیری می­ کنند.

انواع پراکنده­ سازها مشابه انواع عوامل اتصال هستند چرا که در هر دو مورد، شیمی مورد نیاز برای اتصال ماده­ افزودنی به سطح پرکننده یکسان است.

انواع مختلف عوامل پراکنده ­ساز و عوامل اتصال دهنده شامل موارد زیر می­ شوند:

• ارگانوسیلان­ ها
• ارگانومتالیک ­ها (مانند تیتانات ­ها، آلومینات­ ها و زیرکونات­ ها)
• اسیدهای غیراشباع
• پلیمرهای دارای گروه عاملی اسیدی
• پراکنده ­سازهای پلیمری
• واکس ­ها ( پلی­ اتیلن، پلی­ پروپیلن، متالوسن، و …)
• و دیگر موارد…

هیچ عامل پخش ­کننده یا اتصال­ دهنده­ای مناسب همه سیستم­ های پرکننده-پلیمر نیست. برخی از این عوامل معمولاً بیش تر از سایرین کاربرد دارند، در حالی که برخی دیگر در موارد خاص استفاده می­ شوند.

عوامل اتصال­ دهنده و پخش­ کننده­ سیلانی

در طی اصلاح سطح یک ماده پر کننده یا رنگدانه با سیلان، یک واکنش بین گروه های عاملی ماده پرکننده یا رنگدانه (مانند گروه­ های OH) و گروه­ های آلکوکسی سیلان انجام می­ شود تا یک سطح عامل دار شده­ سیلانی ایجاد شود.

به منظور بهبود سازگاری پرکننده با ماتریس پلیمر، می ­توان سطح پرکننده را از طریق ایجاد برهم ­کنش­ های خاص یا واکنش شیمیایی بین گروه عاملی پلیمر و گروه عاملی آلی ارگانوسیلان، عامل ­دار کرد. عاملیت سیلان نیز باید متناسب با ماتریس پلیمر انتخاب شود.

اصلاح سیلانی هم­چنین به ایجاد یک لایه­ محافظ می­ انجامد که از کلوخه شدن مجدد ذرات جلوگیری می­ کند.

استفاده از عامل پخش­ کننده­ سیلانی در فرمولاسیون ترموپلاستیک، لاستیک و یا ترموست پرشده، مزایای زیادی به همراه دارد که در نهایت باعث فرآیندپذیری آسان­ تر و یا عمل کرد بهتر محصول نهایی می­ شود.

فرمول عمومی یک ارگانوسیلان­ دارای دو نوع گروه عاملی است:

(RnSiX(4-n

• R یک گروه عاملی آلی است که عامل اتصال را قادر به برقراری پیوند با رزین­ های آلی و پلیمرها می­ کند.
• X یک گروه قابل هیدرولیز، غالباً آلکوکسی، اسیلوکسی، آمین، و یا کلرین است.

یک عامل اتصال­دهنده­ سیلانی در اصل به عنوان نوعی واسطه عمل کرده و سطح پرکننده را به ماتریس پلیمر متصل می کند. از طریق هیدرولیز، یک گروه فعال سیلانول تشکیل می­شود که می­ تواند با سایر گروه­ های سیلانول از جمله گروه­ های روی سطح سیلیکا، سیلیس و سایر فیلرها (که در سطح خود گروه هیدروکسی دارند)، متراکم شده و پیوند سیلوکسان ایجاد کند. این ویژگی­ عوامل اتصال سیلانی را به گزینه ­ای مناسب برای بهبود استحکام مکانیکی و سختی کامپوزیت­ ها، ارتقای چسبندگی رزین ­ها، و هم­چنین اصلاح سطح مبدل می ­کند.

پخش ­کننده ­ها و عوامل اتصال آلی فلزی (organometallic) (تیتانات­ ها، زیرکونات ­ها، آلومینات­ ها)

پخش­ کننده­ ها و عوامل اتصال آلی فلزی بعنوان پل ­های مولکولی در سطح مشترک بین فیلرهای معدنی (مانند CaCo3، BaSO4، گرافیت، تالک، دوده، سیلیکا، و اکسیدهای فلزی) و پلیمرها عمل کرده و غالباً به منظور افزایش انعطاف­ پذیری به کار برده می­ شوند.

در خانواده­ عوامل اتصال ­دهنده­ آلی فلزی، تیتانات ­ها بیش از زیرکونات­ ها و آلومینات­ ها دارای محبوبیت هستند.

عوامل اتصال ­دهنده­ آلی فلزی غالباً از طریق پیوند کووالانسی، نیروهای ون­دروالس و پیوند هیدروژنی پیوند برقرار می­ کنند و هم برای ترموپلاستیک­ ها و هم برای رزین­ های ترموست مناسب هستند. همان طور که در بالا ذکر شد، این مواد افزودنی بر روی پرکننده­ هایی مانند کربن سیاه، گرافیت، سولفات باریم و سایر مواد پرکننده­ بدون گروه هیدروکسی مؤثر هستند.

پراکنده­ سازهای پلیمری

پخش کننده ­های پلیمری، که به آن ها Hyperdispersants نیز گفته می شود، مواد پلیمری هستند که برای سطوح عمل کردی  به مراتب بالاتر طراحی شده ­اند. این مواد به طور معمول دارای وزن مولکولی بالاتری هستند و این بدان معنی است که ممکن است حاوی چندین گروه لنگر و زنجیره ­های پایدارکننده باشند. پراکنده ­سازهای پلیمری می ­توانند متناسب با طیف وسیعی از رنگدانه­ ها یا مواد پرکننده و در محیط­ های مختلف طراحی شوند.

در مقایسه با محلول ­های پخش کننده­ استاندارد مانند ، پراکنده­ سازهای پلیمری به دلیل ساختار و ویژگی­های خاصشان، مزایا و عملکرد بی­ نظیری را برای ترموپلاستیک ­ها، ترموست­ ها و رنگ­ دهنده­ های مایع ارائه می­ دهند. از جمله این مزایا می ­توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کیفیت بالاتر – استحکام بالای رنگ
• انعطاف ­پذیری بهبودیافته
• بهبود فرآیندپذیری و افزایش تولید

بهترین عوامل پراکنده ­ساز برای پرکننده ­های مختلف به ترتیب:

انواع مختلفی از پرکننده ­ها در دسترس هستند که هر کدام به عوامل پراکنده ­ساز و اتصال­ دهنده­ متفاوتی نیاز دارند. این پرکننده ها عبارتند از:

• دوده
• کلسیم کربنات
• سیلیکای رسوبی
• آلومینیوم هیدروکسید
• تالک
• کائولین
• و موارد دیگر…
• 

همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.

info@fara-ps.com 📧