2.5.2. Органические дисперсные наполнители

Технический углерод (сажа). По методу получения сажа может быть печной, канальной, термической, ламповой и ацетиленовой.

Канальные (диффузионные) сажи получают при неполном сгорании природного газа или его смеси с маслом (например, антраценовым) в так называемых горелочных камерах, снабженных щелевыми горелками. Внутри камер расположены осадительные поверхности (каналы), на которых сажа осаждается из диффузионного пламени.

Печные сажи получают при неполном сжигании масла, природного газа или их смеси в факеле, создаваемом специальным устройством в реакторах (печах). Сажа в виде аэрозоля выносится из реактора продуктами сгорания и охлаждается водой.

Термические сажи получают в специальных генераторах при термическом разложении природного газа или ацетилена без доступа воздуха. По степени кристалличности сажа занимает промежуточное положение между кристаллическим графитом и аморфным углеродом. Ее часто называют турбостратической (неупорядоченно-слоевой) формой углерода. Частицы сажи, имеющие приблизительно сферическую форму и связанные между собой в первичные агрегаты, состоят из параллельно-слоевых пакетов (кристаллитов), образованных обломками графитовых плоскостей (слоев), беспорядочно расположенных вокруг общей для всех слоев нормали. Слои кристаллитов сажи образованы правильными спаянными шестиугольниками (гексагонами), в вершинах которых на расстоянии 0,142 нм друг от друга находятся атомы углерода. Кристаллиты упакованы в частице сажи беспорядочно. Наряду с кристаллитами в частице сажи имеются единичные слои и не входящий в структуру слоя или кристаллита «неорганизованный» углерод.Среднее число кристаллитов в частице колеблется от 1600 для мелкодисперсных до 5,410⁶ для более крупнодисперсных (термических) саж. Неполная валентность углеродных атомов обусловливает связь кристаллитов между собой, непосредственно или через боковые углеродные цепи. Краевые атомы поверхностного слоя частицы сажи являются активными центрами, в частности, центрами окислительных процессов, приводящих к образованию на поверхности частиц различных химических групп. Технический углерод широко используют как усиливающий наполнитель для эластомеров. Однако он применяется и в качестве наполнителей для пластмасс. При этом обеспечивается: снижение стоимости; регулирование электропроводности, чем достигается снятие статического заряда с полимерных изделий, улучшение перерабатываемости композиции; окрашивание, устойчивость к действию тепла, света. Процесс ингибирования деструкции от солнечного света заключается в том, что сажа, имея черный цвет, поглощает УФ-излучение и частицы сажи выступают ингибиторами свободно-радикальных процессов, связывая продукты деструкции, которые могли бы способствовать ее дальнейшему протеканию [3].

Сажа нетоксична, в значительной степени химически нейтральна, сохраняет свойства во времени, недорогая. Кроме углерода, сажа содержит водород (0,5-0,9 масс.%), серу (0,1-0,8%), кислород (0,1-4,3 масс.%).

Имеют большое значение диспергированность и структурность (степень развития цепочечных и разветвленных структур) сажи. Мелкодисперсные или высокоструктурированные сажи (печная) плохо смачиваются, а поэтому для наполнения термо- и реактопластов используется более крупнозернистая, имеющая низкую структурность термическая сажа.

Сажу вводят в ПЭ, ПП, ПС, АБС пластика, гомо- и сополимеры винилового ряда.

В полиэфирных стеклопластиках используют для регулирования продолжительности гелеобразования и окрашивания [9].

Стабилизированный сажей ПЭ (2-3 масс.%) может служить 20 и более лет, нестабилизированный растрескивается даже после шести месяцев эксплуатации в атмосферных условиях.

Размеры частиц и структура сажи оказывают влияние на реологические свойства наполненного ею полимера, с уменьшением размеров увеличивается вязкость.

Электропроводность наполненных сажей полимеров повышается с уменьшением размера частиц, увеличением пористости поверхности, с уменьшением кислородсодержащих поверхностных групп и увеличением степени структурированности (агрегации).

Древесная мука. Представляет собой тонкоизмельченную и высушенную древесину, содержащую целлюлозу и лигнин.

Она имеет волокнистую структуру. Изготавливается преимущественно из мягкой древесины (сосны, канадской пихты), но получают также из лиственных деревьев. Получают размолом опилок, щепы, стружки на жерновой мельнице. Используются частицы размером 150-350 мкм. Этот дешевый наполнитель широко применяется для получения фенольных и мочевиноформальдегидных пресс-порошков общего назначения. Недостатки древесной муки (особенно из древесины лиственных пород) – низкие тепло-, влаго-, химстойкость.

При введении в связующие древесной муки уменьшаются усадка и стоимость, повышаются модуль упругости и жесткость. Из наполненных полиолефинов и ПВХ изготавливают плитки, паркетные полы, оконные рамы.

За рубежом применяют муку из скорлупы орехов, введение которой повышает прочностные и электроизоляционные свойства.

Древесную муку можно сочетать с минеральными наполнителями.