Способы смешения полимеров с дисперсными наполнителями

Для получения композиционного материала на основе полимера и дисперсного наполнителя надо не только равномерно распределить и хорошо диспергировать наполнитель в полимерной матрице, но и обеспечить условия образования прочной адгезионной связи между полимером и наполнителем. Образование такой связи возможно только в условиях хорошего смачивания поверхности наполнителя полимером. Для этого полимер на одной из стадий процесса приготовления КМ должен находиться либо в вязкотекучем, либо в растворенном состоянии.

Известны следующие наиболее распространенные способы получения ПКМ с дисперсным наполнителем.

1. Смешение наполнителя с полимером, находящемся в вязкотекучем состоянии.

2. Смешение раствора полимера с наполнителем с последующим удалением растворителя.

3. Введение наполнителя в латекс полимера с последующей коагуляцией смеси и удалением воды.

4. Введение наполнителя в мономер с последующей полимеризацией мономера (полимеризация мономера в присутствии наполнителя).

5. Смешение порошков полимера и наполнителя с последующим переводом полимера в вязкотекучее состояние нагреванием.

Проанализируем эти способы. Первый способ является наиболее распространенным при получении наполненных ПКМ на основе термопластов, реактопластов и резиновых смесей. Этот способ достаточно подробно рассмотрен выше. Недостатками способа является сильное пыление наполнителя, ухудшающие санитарно-гигиенические условия труда и экологическую чистоту. Кроме того, этот способ требует высоких энергозатрат и сложного оборудования. К достоинствам способа относится высокое качество диспергирования наполнителя и отсутствие вспомогательных веществ (растворителей, коагулянтов и т.д.).

По второму способу композиции нельзя получить простым перемешиванием раствора с наполнителем, поскольку из-за низкой вязкости раствора невозможно достичь высокой степени диспергирования наполнителя. Поэтому диспергирование наполнителя в растворе полимера ведут в специальных мельницах (шаровых, бисерных), краскотерках или применяют ультразвуковые диспергаторы. Сущность работы таких мельниц заключается в перетирании агрегатов наполнителя между твердыми поверхностями, например, между поверхностью шаров или бисера или между двумя твердыми противоположно движущимися поверхностями. Поскольку растворы полимеров имеют низкую концентрацию, а растворители являются очень дорогими, поэтому таким способом получают только те композиции, в которых растворитель является компонентом, обеспечивающим определенные свойства композиции. Таким способом получают всевозможные эмалевые краски, в которых растворитель снижает вязкость системы и позволяет нанести эмаль на поверхность кистью или распылителем. После испарения растворителя образуется прочное эмалевое покрытие.

По третьему способу качество диспергирования наполнителя оказывается неудовлетворительным из-за низкой вязкости латекса, и даже применение ПАВ не решает полностью эту проблему. Но благодаря тому, что этот способ существенно снижает пыление наполнителя и затраты энергии, он нашел применение для получения резиновых смесей, наполненных техническим углеродом. Полученная таким способом смесь имеет промышленное название – «маточная смесь». Однако после приготовления смеси таким способом приходится прибегать к ее дополнительному диспергированию путем перемешивания в вязкотекучем состоянии по первому способу.

Четвертый и пятый способы смешения пока не нашли практического применения из-за того, что не позволяют получить высокую степень диспергирования наполнителя.