نانو کلسیم کربنات در صنعت لاستیک

امروزه پرکننده­ها به طور گسترده در صنعت لاستیک استفاده می­شوند. پرکننده­ ها آن دسته از موادی هستند که جهت تقویت خواص فیزیکی و بهبود فرآیند پذیری و یا کاهش قیمت آمیزه مورد استفاده قرار می­گیرند. عموما پرکننده­ ها می توانند به سه دسته طبقه بندی شوند: پرکننده های تقویت کننده، نیمه تقویت کننده و غیر تقویت کننده. انتخاب پرکننده تقویتی، سومین و مهم ترین کار بعد از انتخاب الاستومر و سیستم پخت در آمیزه کاری می باشد. پرکننده­ های تقویتی تاثیر ژرف و عمیقی روی خواص فیزیکی و فرآیندی یک آمیزه دارد. یک پرکننده تقویتی سختی، استحکام کششی، استحکام پارگی و مقاومت در برابر سایش یک آمیزه را زیاد می­کند. یک پر کننده نیمه تقویت کننده و یا غیر تقویتی معمولا برای کاهش قیمت یا رسیدن به خواص مطلوب مشخصی از فرآیند مثل استحکام در حالت خام و اکستروژن نرم و کاهش تورم قالبی انتخاب می شود.

در میان پرکننده های مختلف دوده عموما به عنوان پر کننده های تقویت کننده که مستقیما خواص کامپوزیت را بهبود می دهد استفاده می­شود. با این حال، تولید و استفاده از دوده سیاه آلودگی محیط ایجاد می­کند. اغلب پرکننده های غیرآلی مانند میکا، خاک رس، روی سولفید، نمک های منیزیم و … برای کاهش قیمت استفاده می­شوند. خواص تقویتی کامپاندهای غیر سیاه به اندازه ی کامپاندهای حاوی دوده خوب نیست و این به دلیل سایز بزرگ و تمایل به تجمع در ماتریس لاستیکی است. خواص تقویت کنندگی پرکننده های غیرآلی ممکن است توسط کاهش سایز بهبود یابد.

توجه به سه خاصیت زیر در پرکننده­ها کیفیت لاستیک پخت شده را تعیین می کند:

• سایز ذرات
• مورفولوژی
• سازگاری

سایز پرکننده نقش مهمی در پخت لاستیک و بهبود مستقیم آن دارد. افزایش مدول و استحکام کششی بسیار زیاد به سایز ذرات پرکننده بستگی دارد. سایز ذرات پرکننده کوچکتر سبب تقویت کنندگی بیشتر در کامپاند لاستیکی نسبت به سایز برگتر آن می شود ولی از طرف دیگر منجر به کاهش فرآیند پذیری می شود. در
جدول 1 فهرستی از پرکننده­های پر مصرف را نشان می­دهد. پرکننده­های با ذرات بزرگتر از 5 تا 10 میکرون روی خواص لاستیک اثر منفی دارند. پرکننده با ذرات متوسط 1 تا 5 میکرون اثر منفی مهم یا اثر بهبود کنندگی مهمی بر روی خواص فیزیکی ولکانش نمی گذارند، آنها تا حدودی بر سختی آمیزه اثر می­گذارند. این پرکننده­ها در درجه اول جهت کاهش قیمت به آمیزه اضافه می شوند. اندازه متوسط ذرات 1/0 تا 1 میکرون به عنوان نیمه تقویت کننده و اگر اندازه متوسط زیر 1/0 میکرون باشد تقویت کننده معرفی می شوند. پرکننده های تقویت کننده بر روی ولکانش اثر بهبود کنندگی دارند. به طور خلاصه تاثیر سایز ذرات و ساختار روی خواص فیزیکی آمیزه در جدول 2 آورده شده است:

جدول 1

جدول 2

کربنات کلسیم یکی از پودرهای غیرآلی (کانی) مهم است که بطور گسترده به عنوان پرکننده در صنایع رنگ، پلاستیک و لاستیک استفاده می­شود. نظم، شکل کریستالی کنترل شده، سایز ذرات و پوشش سطحی آب گریز و فراوانی و قیمت مناسب بعد از آن بهبود خواص فیزیکی (ذرات با سایز کم) ترکیبی از مزایای استفاده از کربنات کلسیم در ترکیب لاستیک است. از کلسیم کربنات به دلیل رطوبت کم اجزا و خواص عایقی به عنوان یک پرکننده ارجح در تولید سیم­های الکتریکی و کابل­های عایق، و هم چنین بطور گسترده در صنعت کفش، شلنگ های اکسترودری و قطعات آب بندی ماشین استفاده می شود. کلسیم کربنات هم چنین در برابر قلیا مقاوم است. 

سنگ آهک طبیعی خشک یا تر با سایز ذرات بین 700 تا 5000 نانومتر و یا کلسیم کربنات رسوبی با میانگین سایز ذرات حدود 40 نانومتر دو نوع کلسیم کربناتی هستند که در صنایع لاستیک استفاده می شوند. نرخ بارگذاری و سایز ذرات کلسیم کربنات بر روی مدول، استحکام کششی، سختی، مونی ویسکوزیته، مقاومت پارگی و مقاومت سایشی موثر است. کلسیم کربنات رسوبی اثر بهتری بر روی خواص مکانیکی می گذارد.

با توسعه تکنولوژی نانو، امروزه نانوکامپوزیت های پلیمری به طور شایع گسترش یافته اند زیرا سایز کم ذرات و فعالیت سطح نانو ذرات اجازه می دهد خواص مورد نیاز در مقدار بارگذاری کم پرکننده بدست آید. بنابراین، مواد نانوکامپوزیت و نانو ساختار ترکیبی از پراکندگی هموژن از ماتریس پلیمری در کنار نانو ذرات می باشد. زیرا سایز نانومتر پرکننده ها در نانو کامپوزیت ها عموما خواص خاصی نشان می دهد که با نوع میکروکامپوزیت همتای آن نشان داده نمی­شود. سایز ذرات نانو برای تقویت کنندگی نقش مهمی در استحکام و چقرمگی کامپوزیت ها بازی می کند. ترکیب ماتریس لاستیکی با پرکننده های سایز نانو بهبود خواص مکانیکی، الکتریکی، ظاهری و … را ایجاد می کند.

اخیراً نانوکربنات کلسیم به طور گسترده در صنایع لاستیک به کار می­رود، زیرا نسبت به کربنات معمولی اثرات بسیار خوبی برروی خواص و کیفیت لاستیک دارد. استفاده از میزان کم (10-5%) نانوکربنات کلسیم در کامپاندهای لاستیکی باعث بهبود کیفیت و خواص لاستیک می­شود. از جمله مزایای استفاده از نانوکربنات کلسیم می توان به افزایش استحکام لاستیک، بهبود بخشیدن خواص مکانیکی لاستیک اشاره کرد و همچنین علاوه بر بهبود خواص فیزیکی، در شکل ظاهری آنها نیز تاثیر می گذارد و به آنها زیبایی و ظرافت می بخشد که این خود در مرغوبیت کالا و بازار پسند بودن آن تاثیر بسزایی دارد. نانوکربنات کلسیم بیشتر در پلاستیک و پوشش دهی لاستیک به کار می­رود. نانوکربنات کلسیم را می توان به لاستیک­های طبیعی و مصنوعی از قبیل NR،EPDM ، SBS، BR و SBR  افزود. نتایج به دست آمده از افزودن کربنات کلسیم به این لاستیک­ها نشان می دهد که استحکام لاستیک بسیار بالا می­رود. نانوکربنات کلسیم سختی لاستیک و حداکثر توانی که لاستیک می تواند تحمل کند تا پاره شود را نیز بهبود می­بخشد. همچنین مقاومت لاستیک را در برابر سایش افزایش می­دهد. به کار بردن نانوکربنات کلسیم هزینه ها را پایین می آورد و سود زیادی را به همراه دارد و همچنین باعث به روز شدن تکنولوژی و توانائی رقابت در عرصه جهانی می­گردد. به طور کلی نانوکربنات کلسیم در موارد زیادی به طور کلی یا جرئی به کامپاند لاستیکی جهت افزایش استحکام افزوده می­شود. علاوه بر این خواص، فاز پرکننده‌ نانومتری می‌تواند به فرآیند پذیری، قالبگیری قطعه، کاهش آب رفتگی قطعه و کاهش هزینه‌ی محصول نیز کمک کند.

از جمله کاربرد و اثر تقویت کنندگی آن در کامپاندهای مختلف NR، آلیاژ NR/NBR مورد استفاده در کالاهای ورزشی (توپ های بادی)، تیوب چرخ بر پایه NR، در بطری های دارویی بر پایه برموبیوتیل و آلیاژ CPE/CSM روکش های پارچه ای مشاهده شده است.

شرکت ولکان صنعت سپاهان با بهره گیری از تیم فنی تحقیق و توسعه جهت ارتقا سطح کیفی و خدماتی به مشتریان آماده ارائه فرمولاسیون های هماهنگ با تکنولوژی روز می باشد.