วัสดุคอมโพสิต: การเปลี่ยนแคลเซียมคาร์บอเนตจากสารตัวเติมแบบดั้งเดิมเป็นสารปรับปรุงที่สร้างสรรค์

ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการแปรรูปแคลเซียมคาร์บอเนตทำให้แคลเซียมคาร์บอเนตสามารถพัฒนาจากสารตัวเติมแบบดั้งเดิมไปเป็นสารปรับเปลี่ยนได้ การพัฒนานี้ช่วยลดต้นทุนของผลิตภัณฑ์ไปพร้อมๆ กับเพิ่มคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ด้วย ผลิตภัณฑ์บางชนิดมีเฉพาะในแคลเซียมคาร์บอเนตเท่านั้น ด้วยเทคโนโลยีไมโครโฟมที่พัฒนาอย่างก้าวหน้าและการพัฒนาแคลเซียมคาร์บอเนตแบบกลวงที่ประสบความสำเร็จ ทำให้วัสดุคอมโพสิตแคลเซียมคาร์บอเนตสามารถลดน้ำหนักได้พร้อมสำหรับการผลิตในอุตสาหกรรม

เราคาดการณ์ได้อย่างมั่นใจว่าในอนาคตแคลเซียมคาร์บอเนตพลาสติก คอมโพสิต วัสดุดังกล่าวจะกำหนดกรอบงานดั้งเดิมของ “การลดสองอย่างและการปรับปรุงหนึ่งอย่าง” ใหม่ กล่าวคือ การลดต้นทุนและความหนาแน่นในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพ แคลเซียมคาร์บอเนตจะเปลี่ยนจากสารตัวเติมธรรมดาเป็นสารปรับเปลี่ยนที่ปฏิวัติวงการ

วัสดุคอมโพสิตแคลเซียมคาร์บอเนตพลาสติกแบบดั้งเดิมไม่เพียงแต่ทำให้คุณสมบัติของวัสดุทั้งหมดลดลงเท่านั้น แต่ยังสามารถเพิ่มคุณสมบัติต่างๆ ได้อีกหลายอย่างในขณะที่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงด้วย บทความนี้จะเจาะลึกถึงผลดีและผลเสียของแคลเซียมคาร์บอเนตในฐานะตัวปรับเปลี่ยนโดยเฉพาะ โดยจะแนะนำเราในการเรียนรู้เกี่ยวกับการพัฒนาการดัดแปลงแคลเซียมคาร์บอเนตในการวิจัยในอนาคต

ผลการปรับเปลี่ยนเชิงบวกของแคลเซียมคาร์บอเนต

1 ประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมของแคลเซียมคาร์บอเนต

1.1 การอนุรักษ์ทรัพยากรปิโตรเลียม

คำนวณผลกระทบของแคลเซียมคาร์บอเนตในบรรจุภัณฑ์พลาสติก

จากปริมาณแคลเซียมคาร์บอเนต 30% ในโพลีเอทิลีน (PE) การผลิตถุงบรรจุภัณฑ์พลาสติก 3 ล้านตันต่อปี จะช่วยประหยัดเรซินจากปิโตรเลียมได้ประมาณ 900,000 ตัน และน้ำมันได้ 2.7 ล้านตัน

1.2 ประสิทธิภาพการทำงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

การนำแคลเซียมคาร์บอเนตใส่ในถุงขยะพลาสติกที่ใช้เผาเพื่อเผาสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเผาไหม้และลดเวลาในการเผาได้อย่างมาก เมื่อถูกเผา แคลเซียมคาร์บอเนตจะขยายตัวภายในฟิล์มพลาสติก ทำให้เกิดรูเล็กๆ จำนวนมาก ทำให้พื้นผิวที่ใช้เผาเพิ่มขึ้น ปรากฏการณ์นี้ทำให้กระบวนการเผาไหม้เร็วขึ้น ตัวอย่างเช่น เวลาในการเผาฟิล์มพลาสติกโพลีเอทิลีนที่มีแคลเซียมคาร์บอเนต 30% ลดลงจาก 12 วินาที (สำหรับพลาสติกบริสุทธิ์) เหลือเพียง 4 วินาที

นอกจากนี้ ฟิล์มพลาสติกที่เติมแคลเซียมคาร์บอเนตยังส่งเสริมการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ซึ่งช่วยลดการปล่อยควันดำอันเนื่องมาจากผลของไส้ตะเกียงของแคลเซียมคาร์บอเนต ความเป็นด่างของแคลเซียมคาร์บอเนตยังช่วยดูดซับก๊าซกรดที่กระจัดกระจายได้ในปริมาณมาก จึงลดการปล่อยควันพิษและลดโอกาสเกิดฝนกรด

ในประเทศญี่ปุ่น กฎระเบียบกำหนดให้ถุงขยะพลาสติกสำหรับเผาต้องมีแคลเซียมคาร์บอเนตอย่างน้อย 30% นอกจากจะเผาไหม้ได้เร็วยิ่งขึ้นแล้ว ถุงที่บรรจุแคลเซียมคาร์บอเนตยังก่อให้เกิดความร้อนน้อยลง ไม่หยดหรือควันดำ ลดมลพิษทุติยภูมิ และไม่เป็นอันตรายต่อเตาเผา

2. ผลการดัดแปลงทั่วไปของแคลเซียมคาร์บอเนต

2.1 ปรับปรุงความแข็งแกร่งของวัสดุคอมโพสิต

แคลเซียมคาร์บอเนตช่วยเพิ่มความแข็งแรงในการดัดงอ โมดูลัสการดัดงอ ความแข็ง และความต้านทานการสึกหรอของวัสดุคอมโพสิต ในฟิล์มพลาสติก ความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้นจะช่วยเพิ่มความแข็งได้อย่างมาก ช่วยให้ม้วนงอได้แบนราบและมีความสมบูรณ์ของโครงสร้างโดยรวม

2.2 การปรับปรุงเสถียรภาพมิติของวัสดุคอมโพสิต

แคลเซียมคาร์บอเนตมีส่วนช่วยในการปรับปรุงเสถียรภาพของมิติด้วยการลดการหดตัวและการบิดงอ ลดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น ลดการคืบคลาน และส่งเสริมความเสมอภาค การรวมแคลเซียมคาร์บอเนตในคอมโพสิตช่วยเพิ่มเสถียรภาพของมิติได้อย่างมาก

2.3 การปรับปรุงความต้านทานความร้อนในวัสดุคอมโพสิต

แคลเซียมคาร์บอเนตช่วยเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนของวัสดุคอมโพสิตด้วยการดูดซับสารที่ส่งเสริมการสลายตัว ตัวอย่างเช่น คอมโพสิต PBAT/แคลเซียมคาร์บอเนตมีเสถียรภาพทางความร้อนที่สูงกว่า PBAT บริสุทธิ์อย่างมาก นอกจากนี้ การผสมแคลเซียมคาร์บอเนตเบาลงในผลิตภัณฑ์ PVC ยังช่วยดูดซับไฮโดรเจนคลอไรด์ที่เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงช่วยเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนในการประมวลผลของ PVC ได้อย่างมาก

2.4 ความต้านทานการฉีกขาดของฟิล์มที่เพิ่มขึ้น

ฟิล์มพลาสติกทั่วไปมักมีความแข็งแรงตามยาวสูงแต่มีความแข็งแรงตามขวางต่ำ โดยเฉพาะในวัสดุเช่น PBS, PLA และฟิล์มโพลีเอสเตอร์อะลิฟาติก PHA การเติมแคลเซียมคาร์บอเนตสามารถปรับปรุงความเรียบเสมอกันของวัสดุคอมโพสิตเหล่านี้ได้ ส่งผลให้มีความต้านทานการฉีกขาดเพิ่มขึ้นอย่างมาก

3. สมบัติพิเศษที่ปรับปรุงของแคลเซียมคาร์บอเนต

3.1 ผลกระทบต่อคุณสมบัติแรงดึงและแรงกระแทก

ผลกระทบของแคลเซียมคาร์บอเนตต่อความแข็งแรงแรงดึงและแรงกระแทกของฟิล์มพลาสติกนั้นไม่ครอบคลุมทั้งหมด แต่ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ขนาดของอนุภาคและการตกแต่งพื้นผิว

ผลของขนาดอนุภาค: ขนาดอนุภาคของแคลเซียมคาร์บอเนตที่ต่างกันจะส่งผลต่อการปรับเปลี่ยนพลาสติกที่แตกต่างกัน ดังแสดงในตารางที่ 1 โดยทั่วไป จะใช้ขนาดอนุภาคที่ต่ำกว่า 1,000 เมชสำหรับการปรับเปลี่ยนแบบเพิ่มขึ้น ขนาดอนุภาคระหว่าง 1,000 ถึง 3,000 เมช โดยมีปริมาณการเติมต่ำกว่า 10% สามารถทำให้เกิดการปรับเปลี่ยนได้บ้าง ในทางตรงกันข้าม แคลเซียมคาร์บอเนตที่มีขนาดอนุภาคมากกว่า 5,000 เมช ซึ่งจัดอยู่ในกลุ่มแคลเซียมคาร์บอเนตเชิงหน้าที่ แสดงให้เห็นถึงผลกระทบจากการปรับเปลี่ยนที่สำคัญ และสามารถปรับปรุงทั้งความแข็งแรงในการดึงและความแข็งแรงในการรับแรงกระแทกได้ แม้ว่าแคลเซียมคาร์บอเนตในระดับนาโนจะมีขนาดอนุภาคที่ละเอียดกว่า แต่ปัจจุบัน แคลเซียมคาร์บอเนตมีความสามารถในการกระจายตัวได้ยาก จึงจำกัดประสิทธิภาพ โดยจำกัดให้มีผลการปรับเปลี่ยนที่คล้ายคลึงกันกับแคลเซียมคาร์บอเนตขนาด 8,000 เมช

ตารางที่ 1: ผลของแคลเซียมคาร์บอเนตหนักที่มีขนาดอนุภาคต่างกันต่อประสิทธิภาพของวัสดุคอมโพสิต PP

สารจับคู่ที่ผ่านการบำบัดด้วยแคลเซียมคาร์บอเนตหนัก (30%) ขนาดตาข่าย	2000	1250	800	500
ดัชนีการไหลของของเหลว (ก./10 นาที)	4.0	5.0	5.6	5.5
ความต้านทานแรงดึง (MPa)	19.3	18.4	18.7	18.1
การยืดตัวที่จุดขาด (%)	422	420	341	367
ความแข็งแรงดัด (MPa)	28	28.6	28.2	28.4
โมดูลัสการดัด (MPa)	1287	1291	1303	1294
ความแข็งแรงของแรงกระแทกของไอซอด (J/m)	113	89	86	78

ตามที่แสดงในตารางที่ 1 ขนาดของอนุภาคที่ละเอียดกว่าของแคลเซียมคาร์บอเนตทำให้มีความแข็งแรงต่อแรงกระแทก ความแข็งแรงในการดึง และการยืดตัวเมื่อขาดเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความแข็งแรงในการดัดและโมดูลัสในการดัดยังคงไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก อย่างไรก็ตาม ความลื่นไหลของวัสดุคอมโพสิตจะลดลงเมื่อขนาดของอนุภาคละเอียดขึ้น

ผลของการบำบัดพื้นผิว: การปรับสภาพพื้นผิวของแคลเซียมคาร์บอเนตอย่างเหมาะสมด้วยขนาดอนุภาคที่เหมาะสมสามารถปรับปรุงความแข็งแรงในการดึงและแรงกระแทกของวัสดุคอมโพสิตได้อย่างมาก ความก้าวหน้าในทฤษฎีคอมโพสิตอินทรีย์/อนินทรีย์เมื่อไม่นานนี้ทำให้แคลเซียมคาร์บอเนตเปลี่ยนจากสารตัวเติมธรรมดาเป็นวัสดุอุดช่องว่างที่ใช้งานได้จริง ตัวอย่างเช่น ความแข็งแรงในการกระแทกแบบมีรอยบากของคอมโพสิตโฮโมโพลีเมอร์โพลีโพรพิลีน (PP)/แคลเซียมคาร์บอเนตสามารถเพิ่มขึ้นมากกว่าสองเท่าเมื่อเทียบกับพลาสติกพื้นฐาน

3.2 การดับควันในระหว่างการเผาไหม้

แคลเซียมคาร์บอเนตมีความสามารถในการดับควันได้ดีเยี่ยม เนื่องจากแคลเซียมคาร์บอเนตสามารถทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนฮาไลด์ในควันได้ จึงเกิดแคลเซียมคลอไรด์ (CaCl₂) ที่เสถียร จึงสามารถใช้เป็นสารดับควันในพอลิเมอร์ใดๆ ที่ผลิตไฮโดรเจนฮาไลด์ระหว่างการเผาไหม้ได้ เช่น ไวนิลคลอไรด์ โพลีเอทิลีนคลอโรซัลโฟเนต และยางคลอโรพรีน

เนื่องจากการเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาระหว่างของแข็งและก๊าซที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งเกิดขึ้นที่พื้นผิวของอนุภาคของแข็ง ขนาดของอนุภาคของแคลเซียมคาร์บอเนตจึงมีบทบาทสำคัญในการระงับควันได้อย่างมีประสิทธิภาพ อนุภาคที่ละเอียดกว่าจะมีพื้นที่ผิวจำเพาะที่ใหญ่กว่าอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการป้องกันควัน

3.3 สารป้องกันการยึดเกาะ

ฟิล์มเป่ารูปท่อที่มีแคลเซียมคาร์บอเนตมีคุณสมบัติการเปิดที่ยอดเยี่ยมและต้านทานการยึดเกาะระหว่างการม้วนงอ ในบริบทนี้ แคลเซียมคาร์บอเนตทำหน้าที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพในฐานะสารป้องกันการยึดเกาะ

3.4 เพิ่มการนำความร้อน

การเติมแคลเซียมคาร์บอเนตจะเพิ่มการนำความร้อนของฟิล์ม ทำให้ฟองอากาศของฟิล์มที่เป่าเย็นลงเร็วขึ้น เพิ่มประสิทธิภาพการผลิต และเพิ่มผลผลิตของเครื่องอัดรีด หากเติมแคลเซียมคาร์บอเนตเบา 25% ลงในแผ่น PVC เป็นตัวอย่าง จะใช้เวลาเพียง 3.5 วินาทีในการให้ความร้อนถึง 200°C ในขณะที่แผ่น PVC บริสุทธิ์ใช้เวลา 10.8 วินาที และการนำความร้อนเพิ่มขึ้น 3 เท่า

3.5 ปรับปรุงความลื่นไหล

แคลเซียมคาร์บอเนตสามารถปรับปรุงความลื่นไหลของระบบคอมโพสิต ลดความหนืดของของเหลวที่หลอมละลายและแรงบิดของเครื่องอัดรีด เพิ่มผลผลิตของเครื่องอัดรีด และปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต แคลเซียมคาร์บอเนตประเภทต่างๆ มีผลต่อการไหลต่างกัน ลำดับความลื่นไหลของวัสดุคอมโพสิตเฉพาะคือ แคลเซียมคาร์บอเนตแคลไซต์ขนาดใหญ่ > แคลเซียมคาร์บอเนตหินอ่อน แคลเซียมคาร์บอเนตโดโลไมต์ > แคลเซียมคาร์บอเนตแคลไซต์ขนาดเล็ก > แคลเซียมคาร์บอเนตเบา

3.6 ประสิทธิภาพการจับคู่สี

การทดแทนเม็ดสีขาวบางชนิด: แคลเซียมคาร์บอเนตที่มีความขาวสูงสามารถทดแทนเม็ดสีขาวบางชนิด เช่น ไททาเนียมไดออกไซด์ได้ จึงช่วยประหยัดปริมาณไททาเนียมไดออกไซด์ที่มีราคาแพงได้ แคลเซียมคาร์บอเนตที่มีแคลไซต์ในปริมาณมากเป็นตัวเลือกแรกเนื่องจากมีความขาวสูงและมีพลังการปกปิดสูง เหตุผลที่แคลเซียมคาร์บอเนตสามารถใช้เป็นเม็ดสีขาวได้นั้น ส่วนใหญ่ก็เพราะว่ามันมีพลังการปกปิดในระดับหนึ่ง พลังการปกปิดของสารเคลือบหมายถึงปริมาณสีขั้นต่ำที่จำเป็นในการทาสีบนพื้นผิวของวัตถุอย่างสม่ำเสมอ เพื่อไม่ให้สีพื้นปรากฏขึ้นอีกต่อไป โดยแสดงเป็นหน่วย g/㎡
ตารางที่ 2 แสดงพลังการซ่อนตัวของสีต่างๆ ในสารเคลือบ:

ตารางที่ 2: พลังการซ่อนเร้นของเม็ดสีอนินทรีย์และอินทรีย์บางชนิด

ชื่อเม็ดสี	กำลังการครอบคลุม(g/cm)
สีแดงพารา (สีอ่อน)	18.1-16.3
สีแดงพารา (สีเข้ม)	17.1-15.0
ทะเลสาบสีแดง	23.8-18.8
ลิทอลแดง (ทะเลสาบบา)	33.7-21.7
ลิทอลแดง (ทะเลสาบแคลิฟอร์เนีย)	49.0-33.7
ทับทิมลิทอล	33.9
แยงกี้สการ์เล็ตเลค	88.5
โรดามีน Y (ตะกอนทังสเตต)	25.1
โรดามีน บี (สารตกตะกอนฟอสโฟทังสเตต)	16.1
โทลูอิดีน สีแดงเกาลัด	34.8-37.7
BL สีแดงทนแสง	12.4
ไททาเนียมไดออกไซด์	18.4
(ชนิดรูไทล์, ชนิดอะนาเทส)	19.5
ซิงค์ออกไซด์	24.8
แบเรียมซัลเฟต	30.6
แคลเซียมคาร์บอเนต	31.4
ฮันซ่า เยลโล่ จี	54.9
ฮันซ่า เยลโล่ 10G	58.8
สีส้มถาวร	29.6
สีเขียวมาลาไคต์	5.4
เม็ดสีเขียว บี	2.7
มาลาไคต์บลู (ตะกอนฟอสโฟทังสเตต)	7.7
มาลาไคต์บลู	68.5
เมทิลไวโอเล็ต (ตะกอนฟอสโฟทังสเตต)	7.6
เมทิลไวโอเล็ต (สารช่วยตกตะกอนแทนนิน)	4.9
ไวโอเล็ตไวโอเล็ตไวโอเล็ต	10.2
ฟทาโลไซยานินบลู	4.5
ปูนสังกะสีแบเรียม (ผงตะกั่ว)	23.6
ปูนตะกั่ว (ตะกั่วซัลเฟตพื้นฐาน)	26.9
แอนติโมนีไตรออกไซด์	22.7
ทัลค์	32.2

กำลังการซ่อนของวัสดุนั้นเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับดัชนีหักเหของแสง โดยทั่วไป ดัชนีหักเหแสงที่สูงขึ้นจะส่งผลให้กำลังการซ่อนแสงเพิ่มขึ้นและมีโทนสีขาวที่เข้มข้นขึ้น ดัชนีหักเหของแสงของวัสดุสีขาวต่างๆ มีรายละเอียดอยู่ในตารางที่ 3

ตารางที่ 3: ดัชนีหักเหของวัสดุสีขาวต่างๆ

วัสดุสีขาว	หมายเลขดัชนีสี	ดัชนีหักเหแสง
ไททาเนียมไดออกไซด์ (ชนิดรูไทล์)	ปูนปั้นสี 6	2.70
ผงไททาเนียม (ชนิดแอนาเทส)	ปูนปั้นสี 6	2.55
เซอร์โคเนียมออกไซด์	ปูนปั้นสี 12	2.40
ซิงค์ซัลไฟด์		2.37
แอนติโมนีไตรออกไซด์	ปูนฉาบสี 11	2.19
ซิงค์ออกไซด์	ปูนฉาบสี 4	2.00
ลิโทโพน (ผงสังกะสี-แบเรียม)	ปูนฉาบสี 21	2.10
แบเรียมซัลเฟต	ปูนปั้นสี 18	1.64
แคลเซียมคาร์บอเนต	ปูนฉาบสี 27	1.58
ทัลค์	หมายเลขดัชนีสี	1.54

ผลกระทบต่อการลงสี สีขาวตามธรรมชาติของแคลเซียมคาร์บอเนตส่งผลต่อความสามารถในการจับคู่กับสีสันสดใส ทำให้การจับคู่สีที่สดใสทำได้ยาก นอกจากนี้ ยังอาจทำให้การจับคู่สีดำพิเศษมีความซับซ้อนอีกด้วย

ผลกระทบต่อแสงสี นอกเหนือจากสีขาวตามธรรมชาติแล้ว แคลเซียมคาร์บอเนตยังสามารถแสดงแสงสีต่างๆ ได้ ซึ่งส่งผลต่อความบริสุทธิ์ของสี แสงสีหมายถึงเฉดสีเพิ่มเติมที่วัตถุแสดงร่วมกับสีหลัก ตัวอย่างเช่น สีเสริมจะอยู่ตรงข้ามกันในสเปกตรัมสี เช่น สีน้ำเงินจะถูกเสริมด้วยสีเหลือง การผสมสีเหล่านี้เข้าด้วยกันจะทำให้เกิดแสงสีขาว ซึ่งเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการทำให้แสงสีเป็นกลาง

สีฐานที่ปล่อยออกมาจากแคลเซียมคาร์บอเนตจะแตกต่างกันไปตามแหล่งกำเนิด ตัวอย่างเช่น:

• แคลเซียมคาร์บอเนตจากเสฉวนมีสีฐานสีฟ้า
• แคลเซียมคาร์บอเนตจากกวางสีมีสีพื้นเป็นสีแดง
• แคลเซียมคาร์บอเนตจากเจียงซีมีสีฐานเป็นสีฟ้าเช่นกัน

เมื่อต้องจับคู่สี แสงสีของแคลเซียมคาร์บอเนตควรตรงกับเฉดสีหลัก เช่น แคลเซียมคาร์บอเนตที่มีโทนสีน้ำเงินสามารถต้านพลังการให้สีของเม็ดสีเหลืองได้ นอกจากนี้ยังมักใช้เพื่อปรับแสงสีเหลืองในผลิตภัณฑ์ให้เป็นกลาง

การปรับปรุงสายตาเอียงในผลิตภัณฑ์พลาสติก: ในขณะที่การเติมแคลเซียมคาร์บอเนตไม่ได้ช่วยเพิ่มความเงาของผลิตภัณฑ์พลาสติก แต่สามารถลดความเงาได้อย่างมีประสิทธิภาพและทำให้เกิดเอฟเฟกต์ด้าน

3.7 เพิ่มความสามารถในการระบายอากาศ

ฟิล์มพลาสติกที่เติมแคลเซียมคาร์บอเนตจะสร้างรูพรุนขนาดเล็กในระหว่างการยืด ทำให้ไอน้ำสามารถผ่านเข้าไปได้ในขณะที่ป้องกันไม่ให้น้ำเหลวแทรกซึม คุณลักษณะนี้ทำให้ฟิล์มพลาสติกเหล่านี้เหมาะสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกที่สามารถระบายอากาศได้ เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ควรใช้แคลเซียมคาร์บอเนตที่มีขนาดอนุภาค 3,000 เมชหรือละเอียดกว่าเท่านั้น โดยมีการกระจายขนาดอนุภาคที่แคบ

3.8 ส่งเสริมประสิทธิภาพการย่อยสลายของผลิตภัณฑ์

เมื่อฝังถุงพลาสติกโพลีเอทิลีนที่มีแคลเซียมคาร์บอเนต แคลเซียมคาร์บอเนตอาจทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเพื่อสร้างแคลเซียมไบคาร์บอเนตที่ละลายน้ำได้ (Ca(HCO₃)₂) ซึ่งสามารถออกจากฟิล์มได้ กระบวนการนี้จะสร้างรูเล็กๆ บนฟิล์ม ทำให้พื้นผิวสัมผัสกับอากาศและจุลินทรีย์เพิ่มขึ้น จึงทำให้ผลิตภัณฑ์ย่อยสลายได้ง่ายขึ้น

3.9 บทบาทการสร้างนิวเคลียสของแคลเซียมคาร์บอเนต

นาโนแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO₃) มีบทบาทสำคัญในการสร้างนิวเคลียสของการตกผลึกของโพลีโพรพีลีน โดยเพิ่มปริมาณผลึกเบตา และเพิ่มความเหนียวต่อแรงกระแทกของโพลีโพรพีลีน

3.10 การลดการดูดซึมน้ำในพลาสติก PA

การดูดซึมน้ำของคอมโพสิตโพลีเอไมด์ (PA)/แคลเซียมคาร์บอเนตต่ำกว่าเรซิน PA บริสุทธิ์อย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่น การผสมแคลเซียมคาร์บอเนต 25% ลงใน PA6 สามารถลดอัตราการดูดซึมน้ำของวัสดุคอมโพสิตได้ 56%

3.11 การปรับปรุงคุณสมบัติพื้นผิว

แคลเซียมคาร์บอเนตสามารถเพิ่มแรงตึงผิวของวัสดุคอมโพสิตและแสดงคุณสมบัติการดูดซับที่ยอดเยี่ยมซึ่งช่วยปรับปรุงคุณสมบัติการชุบด้วยไฟฟ้า การเคลือบ และการพิมพ์ของวัสดุเหล่านี้

3.12 ผลของแคลเซียมคาร์บอเนตต่อการเกิดฟอง

อิทธิพลของแคลเซียมคาร์บอเนตต่อประสิทธิภาพการเกิดฟองของวัสดุพลาสติกมีความซับซ้อนและขึ้นอยู่กับทั้งขนาดของอนุภาคและปริมาณที่ใช้:

แคลเซียมคาร์บอเนต ขนาด: เมื่อขนาดอนุภาคของแคลเซียมคาร์บอเนตสอดคล้องกับสารก่อฟอง มันสามารถทำหน้าที่เป็นสารก่อนิวเคลียสได้ กระบวนการนี้ส่งผลดีต่อการเกิดฟอง ขนาดอนุภาคที่เหมาะสมคือน้อยกว่า 5 ไมโครเมตร และควรหลีกเลี่ยงการเกาะกลุ่มกัน หากขนาดอนุภาคเกิน 10 ไมโครเมตร หรือละเอียดเกินไปและเกาะกลุ่มกัน อาจส่งผลเสียต่อการเกิดฟอง ขอแนะนำให้ใช้แคลเซียมคาร์บอเนตขนาด 3,000 เมช (ประมาณ 4 ไมโครเมตร) เพื่อให้ได้ขนาดอนุภาคต่ำกว่า 5 ไมโครเมตรโดยไม่เกาะกลุ่มกัน

กลไกที่แคลเซียมคาร์บอเนตกระตุ้นให้เกิดฟอง ได้แก่:

ทำหน้าที่เป็นตัวสร้างนิวเคลียสโดยการดูดซับก๊าซที่มีฟองเพื่อสร้างนิวเคลียสฟอง จึงควบคุมจำนวนรูพรุนและปรับขนาดของรูพรุน

การให้ความแข็งแกร่งซึ่งช่วยชะลอการเสียรูปและการเคลื่อนตัวของของเหลวที่หลอมละลาย ซึ่งช่วยยับยั้งการขยายตัวของรูพรุนอย่างรวดเร็วและทำให้รูพรุนมีขนาดที่เล็กลง นาโนแคลเซียมคาร์บอเนตสามารถสร้างพลาสติกโฟมที่มีรูพรุนขนาดเล็กได้เนื่องจากสารก่อนิวเคลียสมีขนาดเล็ก

ปริมาณแคลเซียมคาร์บอเนตที่เติมลงไป: ปริมาณการเติมแคลเซียมคาร์บอเนตที่เหมาะสมเพื่อเพิ่มคุณภาพการเกิดฟองโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 10% ถึง 30% หากเติมน้อยเกินไป จุดนิวเคลียสจะไม่เพียงพอ ทำให้มีอัตราการเกิดฟองต่ำ ในทางกลับกัน หากเติมมากเกินไป ในขณะที่จุดนิวเคลียสเกิดขึ้นมากขึ้น ความแข็งแรงของของเหลวที่หลอมละลายอาจลดลงมากเกินไป ส่งผลให้มีฟองอากาศแตกจำนวนมากและอัตราการเกิดฟองลดลง

การกระจายตัวของแคลเซียมคาร์บอเนต: การกระจายตัวของแคลเซียมคาร์บอเนตอย่างสม่ำเสมอถือเป็นสิ่งสำคัญในการส่งเสริมคุณภาพการเกิดฟอง แคลเซียมคาร์บอเนตที่กระจายตัวอย่างสม่ำเสมอช่วยให้ไม่เกิดการเกาะตัวกัน หากขนาดของอนุภาคอยู่ภายใน 5 ไมโครเมตร แคลเซียมคาร์บอเนตจะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ส่งผลเสียต่อการเกิดฟอง

ปริมาณน้ำของแคลเซียมคาร์บอเนต: หากปริมาณน้ำในผงอนินทรีย์ต่ำกว่า 0.5% จะส่งผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อการเกิดฟอง

คุณสมบัติอื่นๆ: แคลเซียมคาร์บอเนตยังมีส่วนช่วยเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอและความแข็งของวัสดุคอมโพสิตอีกด้วย

การดัดแปลงฟิลเลอร์เชิงลบ

1. การเพิ่มความหนาแน่นของวัสดุคอมโพสิต

การเติมแคลเซียมคาร์บอเนตลงในเรซินส่งผลให้ความหนาแน่นของวัสดุคอมโพสิตเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สำหรับผลิตภัณฑ์ที่จำหน่ายตามน้ำหนัก ความยาว หรือพื้นที่ ความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นนี้สามารถชดเชยข้อได้เปรียบด้านต้นทุนบางประการได้ ระดับของการเพิ่มน้ำหนักจะแตกต่างกันไปตามแคลเซียมคาร์บอเนตแต่ละประเภท โดยมีลำดับความหนาแน่นเฉพาะดังนี้:

แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดเบา < แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดแคลไซต์ขนาดใหญ่ < แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดหินอ่อน < แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดโดโลไมต์ < แคลเซียมคาร์บอเนตชนิดแคลไซต์ขนาดเล็ก

วิธีลดความหนาแน่นของพลาสติกคอมโพสิตแคลเซียมคาร์บอเนต:

1.1 การยืดผลิตภัณฑ์เพื่อการลดน้ำหนัก:

การยืดทำให้เกิดช่องว่างระหว่างพลาสติกและแคลเซียมคาร์บอเนต ส่งผลให้ความหนาแน่นโดยรวมลดลงเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น ฟิล์มโพลีเอทิลีนที่ยืดแล้วซึ่งบรรจุแคลเซียมคาร์บอเนต 30% มีความหนาแน่น 1.1 g/cm³ เมื่อเทียบกับ 1.2 g/cm³ ในเวอร์ชันที่ยังไม่ได้ยืด เทคนิคนี้สามารถนำไปใช้ได้กับผลิตภัณฑ์พลาสติกต่างๆ เช่น ลวดแบน ฟิล์มเป่า เทปรัด และฟิล์มฉีก

1.2 ผลิตภัณฑ์ไมโครโฟมเพื่อการลดน้ำหนัก:

การใช้ความชื้นที่ดูดซับโดยสารตัวเติมสำหรับการสร้างฟองขนาดเล็กสามารถลดความหนาแน่นได้อย่างมากโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น วัสดุคอมโพสิตแคลเซียมคาร์บอเนตน้ำหนักเบา 50% ของเราสามารถบรรลุความหนาแน่นขั้นต่ำ 0.7 g/cm³ เมื่อใช้ในการผลิตฟิล์ม ซึ่งแสดงถึงการลดความหนาแน่น 45%

1.3 การเติมแบบกลวงเพื่อลดน้ำหนัก:

การใช้เทคโนโลยีการกลวงผงอนินทรีย์ที่เรียบง่ายและคุ้มต้นทุนทำให้สามารถผลิตผลิตภัณฑ์แคลเซียมคาร์บอเนตกลวงได้ ซึ่งจะช่วยลดความหนาแน่นได้อย่างมาก โดยสามารถลดความหนาแน่นของผลิตภัณฑ์กลวงเหล่านี้ลงเหลือประมาณ 0.7 g/cm³ ได้

2. การลดความเงาในวัสดุคอมโพสิต

ผลกระทบต่อความเงาของพื้นผิวของผลิตภัณฑ์คอมโพสิตนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการประมวลผลและประเภทเฉพาะของแคลเซียมคาร์บอเนตที่ใช้ ลำดับความเงาของวัสดุคอมโพสิตแต่ละชนิดมีดังนี้:

• กระบวนการแบบเปียก > กระบวนการแบบแห้ง
• แคลเซียมคาร์บอเนตเบา > แคลเซียมคาร์บอเนตแคลไซต์ขนาดใหญ่ > แคลเซียมคาร์บอเนตหินอ่อน > แคลเซียมคาร์บอเนตแคลไซต์ขนาดเล็ก > แคลเซียมคาร์บอเนตโดโลไมต์

3. การลดความโปร่งใสในวัสดุคอมโพสิต

แคลเซียมคาร์บอเนตมีดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างจากเรซินทั่วไป เช่น โพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีนอย่างมาก ดังนั้น ฟิลเลอร์แคลเซียมคาร์บอเนตขนาดทั่วไปจึงอาจส่งผลเสียต่อความโปร่งใสของฟิล์มได้ ในทางตรงกันข้าม แคลเซียมคาร์บอเนตขนาดนาโนที่มีขนาดอนุภาคต่ำกว่า 200 นาโนเมตรเท่านั้นที่จะรักษาความโปร่งใสของผลิตภัณฑ์คอมโพสิตได้ เนื่องจากคลื่นแสงสามารถเลี่ยงอนุภาคขนาดเล็กดังกล่าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ

4. การลดการยืดตัวเมื่อขาดในวัสดุคอมโพสิต

ความแข็งสูงของแคลเซียมคาร์บอเนตสามารถลดความเหนียวเดิมของวัสดุคอมโพสิตได้ ความแข็งที่เพิ่มขึ้นนี้จะลดการเคลื่อนที่ของโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ ส่งผลให้การยืดตัวเมื่อขาดของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายลดลง

5. ความแข็งแรงในการดึงและแรงกระแทกลดลง

ในหลายกรณี การเติมแคลเซียมคาร์บอเนตอาจทำให้ความแข็งแรงในการดึงและแรงกระแทกของวัสดุคอมโพสิตลดลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากอนุภาคแคลเซียมคาร์บอเนตมีขนาดใหญ่เกินไปหรือหากการเคลือบผิวของแคลเซียมคาร์บอเนตไม่เพียงพอ มักพบการลดลงที่เห็นได้ชัดที่สุดในด้านความแข็งแรงในการดึง

6. การเพิ่มขึ้นของปรากฏการณ์การฟอกสีฟันจากความเครียด

เมื่อผสมแคลเซียมคาร์บอเนตในปริมาณมากในเรซิน การยืดผลิตภัณฑ์อาจทำให้เกิดช่องว่างและคราบเงินจำนวนมาก ซึ่งจะทำให้เกิดปรากฏการณ์การฟอกสีเนื่องจากความเครียดในเรซินมากขึ้น

7. การเร่งอายุของผลิตภัณฑ์

วัสดุผงอนินทรีย์ทั้งหมด รวมถึงแคลเซียมคาร์บอเนต สามารถเร่งการเสื่อมสภาพของวัสดุคอมโพสิต ส่งผลให้อายุการใช้งานและประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ลดลง

8. ความแข็งแรงในการยึดติดระหว่างวัสดุลดลง

การใช้แคลเซียมคาร์บอเนตสามารถลดความแข็งแรงในการยึดเกาะของฟิล์มได้ เช่น ลดความแข็งแรงในการปิดผนึกด้วยความร้อน และยังลดความแข็งแรงในการเชื่อมของท่อได้อีกด้วย