تاثیر کربنات کلسیم در تولید نانوکامپوزیت های پلیمری
کربنات کلسیم یکی از بهترین مواد پر کننده (فیلر) در صنعت است. این ماده معدنی و فراوان ، به دلیل ایجاد ویژگی های مثبت ساختاری در محصولات مختلفی مثل کاغذ ، پلاستیک ، پلیمر ، لاستیک و … به صورت گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. از طرفی به علت قیمت کربنات کلسیم که بسیار ارزان بوده و با فیلر های شیمیایی قابل مقایسه نیست ، مصرف آن از لحاظ اقتصادی هم بسیار توجیه پذیر و به صرفه می باشد. کلسیم کربنات به میزان فراوانی در تولید نانوکامپوزیت های پلیمری استفاده می شود زیرا خواص فیزیکی و شیمیایی متعددی را ایجاد می نماید که نمی توان از آنها چشم پوشی نمود. در این مطلب به مزایای چشمگیر تاثیر کربنات کلسیم در تولید نانوکامپوزیت های پلیمری می پردازیم.
نانوکامپوزیت پلیمری چیست؟
نانوکامپوزیت های پلیمری یا به اختصار PNC از یک پلیمر یا کوپلیمر با نانو ذرات یا نانو فیلر های پراکنده در ماتریس پلیمر به وجود می آیند و ماده اصلی در تولید پلاستیک هستند. نانوکامپوزیت های پلیمری به اشکال مختلفی مثل پلاکت ، الیاف یا اسفروئید تولید می شوند و وجه مشترک آنها ، استفاده از مواد نانو ذرات در تولید شان می باشد. Polymer nanocomposite ها در گروه سیستم های چند فاز مثل مخلوط ، کامپوزیت ها و فوم قرار دارند.
نقش کربنات کلسیم
در آزمایشات علمی صورت گرفته مشخص شده که مخلوط کردن نانو کربنات کلسیم در کامپوزیت های پلی پروپیلن PP تاثیرات فوق العاده ای ایجاد می کند. بر اساس نتایج کالریمتری روبشی تفاضلی Differential Scanning Calorimetery ، استفاده از نانو ذرات کلسیم کربنات در تولید PP یک عامل بنیادین فوق العاده مفید و بسیار موثر است.
در صورت مصرف کلسیم کربنات ، در نتیجه انجام آزمایشات کشش ، مدول نانوکامپوزیت ها تقریباً 85 درصد بیشتر می شود (البته تاثیری بر تحمل استرس ، فشار نهایی و تنش عملکرد پلیمرها ندارد). این افزایش مقاومت کششی به علت وجود دو نوع نیروی تعادل یعنی اولا اثر تقویت کننده نانوذرات کربنات کلسیم و دوما کاهش میزان کریستال های (اسفرولیت) پلی پروپیلن می باشد.
تاثیر فوق العاده کربنات کلسیم در تولید نانوکامپوزیت های پلیمری را می توان با استفاده از تست ضربه ایزود هم مشخص نمود زیرا کاربرد کلسیم کربنات سبب افزایش قابل توجه مقاومت پلاستیک تا میزان چشمگیر 300 درصد می شود که برای هر تولید کننده و مصرف کننده پلیمر اهمیت زیادی دارد.
دیگر تاثیر عالی مصرف کلسیم کربنات در آزمایش انتگرال جی مشخص می گردد. بر اساس این آزمایش ، تولید نانوکامپوزیت های پلیمری با استفاده از کربنات کلسیم می تواند تاب آوری پلی پروپیلن در برابر شکستگی و بریدگی را تا میزان فوق العاده 500 درصد بیشتر کند. احتمالا علت این افزایش مقاومت ، پایداری زیاد کلسیم کربنات در مقابل تنش است که می تواند به دلیل تولید حفره در مرزهای بین ذرات پلیمر هنگام بارگیری باشد زیرا حفره ، خشکی و شکنندگی پلاستیک تولید شده را کم می کند و جرم ماتریس را تغییر می دهد.