Разработка новых материалов с содержанием сажи

Использование углеродной сажи в качестве одного из компонентов полимерного материала позволяет получить новый продукт, при этом изменяя и совершенствуя свойства основного.

Сажи входят в состав полимеров для:

• улучшения механических свойств эластомеров;
• окрашивания;
• световой защиты (не пропускают ультрафиолетовое излучение);
• повышения электропроводности;
• экономии затрат (например, масса каучука уменьшается, при этом готовый материал имеет те же эксплуатационные характеристики);
• увеличения стойкости полимеров к истиранию;
• модификации свойств;
• устранения слабых сторон материала.

Как техуглерод влияет на электропроводность полимера

Технический углерод находит широкое применение в качестве пигментного наполнителя, добавки, повышающей прочность и улучшающей электропроводность материала.

Неуклонно растущий спрос на всевозможные гаджеты (мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты) дает стимул лабораториям и компаниям, занимающимся производством полимеров, изобретать новые материалы с устойчивостью к статическому электричеству.

Изготовление кабельно-проводниковой продукции не обходится без использования проводящих саж. Они обеспечивают защитный слой между металлической жилой и полимерным изолятором, выступающим в роли диэлектрика.

Углеродная сажа добавляется в полимер не только с целью улучшения проводимости. Это вещество прямо влияет на ударную прочность, удлинение при разрыве, индекс текучести и другие показатели.

На любом производстве обязательно должен работать отдел технического контроля, занимающийся в данном случае определением техуглерода в полимерной композиции.

Дело в том, что при смешивании полимеров и сажи необходимо обеспечить разделение агломератов последней на более мелкие частицы для равномерного распределения в смеси.

Если количество сажи в смеси меньше допустимой нормы, частицы не позволяют свободно перемещаться электронам. Это, в свою очередь, оказывает влияние на электропроводность.

Если концентрация частиц сажи высокая, то расстояние между ними сокращается, что позволяет формировать благоприятную среду для прохождения электронов.

Свойства полимерного материала с применением техуглерода

Помимо улучшения электропроводности резин, сажа используется в следующих целях:

• изменение цвета виниловых полимеров. Связано это с тем, что материалы черного цвета не настолько востребованы, сколько цветные – особенно в сфере строительства;
• стабилизационные свойства. В основном, это характерно для производства полиолефинов и других термопластичных полимеров.

Рассмотрим более детально вопрос о придании полимеру определенного цвета.

1. Если требуется окрасить материал в темный цвет, то содержание сажи колеблется в пределах 2%.
2. Для светлых оттенков удельный вес техуглерода составляет 0,02-0,5%. Также добавляется диоксид титана, оксид железа и другие пигменты.
3. Разнообразить цветовую гамму полимерных материалов можно с помощью изменения размера частиц и концентрации сажи.
4. При отсутствии конкретных требований к глубине и интенсивности окраски зачастую применяют грубодисперсные разновидности сажи. Они отличаются высокой диспергируемостью. Чем меньше размер частиц вещества, тем хуже данный показатель.

Симбиоз химических соединений в производстве новых материалов

Компаунд из неорганического соединения и органического полимера открывает широкие возможности для изготовления новейших материалов. Например, резина, состоящая из вулканизированного каучука и техуглерода (удельный вес последнего должен составлять 50% массы резины).

Учитывая процентное содержание компонентов и распределение элементов углерода в каучуке, можно производить полимеры с самыми разными характеристиками. Этот пример наглядно демонстрирует различия между понятиями «вещество» и «материал». Каучук, техуглерод – это вещества, которые являются основной для изготовления материала конкретной структуры – каучука.

Особенности смешивания полимеров с сажей

Существует множество методик введения техуглерода в полимерную композицию. Если сажа характеризуется нормальной защитой от ультрафиолетового излучения, то используется такое вещество, которое обеспечит небольшую вязкость. Вследствие этого, улучшится и упростится процесс обработки углеродно-полимерной смеси.

Еще один способ модифицировать готовый материал – увеличить содержание сажи в композиции до максимального уровня. Чтобы минимизировать поглощаемость влаги, рекомендуется внедрять техуглерод с низким коэффициентом поглощением влаги (СМА). Данный показатель говорит о способности сажи абсорбировать влагу после ввода вещества в полимерную смесь.

Как идентифицировать количество сажи в полимере

Одним из самых распространенных и эффективных способов определения сажи в резине считается отжиг образца в инертной атмосфере в потоке азота. Затем вычисляется разница до и после прокаливания остатка. Таким образом, определяется количество содержащейся в образце сажи.

Данный метод является наиболее эффективным, когда речь заходит об полиолефинах. Однако этот метод не рекомендуется применять для хлорсодержащих полимеров.

Гравиметрический анализы, как известно, способны обеспечить максимально высокую точность измерений. Большинство современных производств имеют собственные лаборатории, в которых проводятся всевозможные испытания полимеров.

Научные разработки и их внедрение а также анализ входного сырья в рамках контроля качества согласно ГОСТ, как правило требуют использовать оборудование для определения техуглерода в полимерах.

Компания «Сайнтифик» предлагает научным лабораториям и производственным предприятиям приобрести устройство для определения техуглерода в полимерной продукции. Вычисление осуществляется гравиметрическим способом после пиролиза в потоке азота.

Устройство имеет вид трубчатой печи с комплексом труб фильтров и промывалок. Исследуемые образцы помещают внутрь кварцевой трубы в керамических лодочках для сжигания.

Оборудование компактное, простое в эксплуатации, дает достоверные результаты исследования. Это классический метод определения сажи в полимерных композициях полностью соответствует ГОСТ 26311-84.