CS260722B1

CS260722B1 - Filler for plastics based on thermally expanded perlite

Info

Publication number: CS260722B1
Application number: CS872677A
Authority: CS
Inventors: Tomas Sverak; Karel Vesely; Jaroslav Petruj; Juraj Takac; Milon Hucl
Original assignee: Tomas Sverak; Karel Vesely; Jaroslav Petruj; Juraj Takac; Milon Hucl
Priority date: 1987-04-14
Filing date: 1987-04-14
Publication date: 1989-01-12
Also published as: CS267787A1

Abstract

Plnivo pro plasty se vyrábí drcením perlltů expandovaných při teplotě 950 až 1150 stupňů Celsia, tříděním a sušením na obsah vlhkosti pod 0,5 % hmot. Částice plniva s velikostí maximálně 100 ,um a rozmě rovým poměrem 50 až 200, které mohou být upraveny sílaný, zvyšují modul pružností plněných plastů.Filler for plastics is produced by crushing expanded perlite at a temperature of 950 to 1150 degrees Celsius, sorting and drying to a moisture content below 0.5% by weight. Filler particles with a size of maximum 100 microns and an aspect ratio of 50 to 200, which can be modified by hardening, increase the modulus of elasticity of the filled plastics.

Description

Vynález se týká plniv určených pro plněni plastů, vyrobených z tepelně expandovaných perlitů.The invention relates to fillers intended for filling plastics made of thermally expanded pearls.

Kompozitní materiály na bázi polymer — částicové plnivo· se objevují na světovém trhu v široké škále polymerních matric, stupňů plnění i druhů plniv. Každý z těchto materiálů má svoje opodstatnění v souhrnu užitných a ekonomických vlastností. Samostatnou skupinou kompozitních materiálů jsou kompozity obsahující vyšší procento vrstevnatých plniv, které svým destičkovým tvarem vyztužují strukturu materiálu větší měrou, než je tomu u obvyklých částicových plniv. Tyto kompozity jsou potom využívány všude tam, kde je požadována vyšší tuhost konečných výrobků.Polymer-particulate filler composites · appear on the world market in a wide range of polymer matrices, fill levels and filler types. Each of these materials has its justification in the summary of utility and economic properties. A separate group of composite materials are composites containing a higher percentage of layered fillers which, by their platelet shape, reinforce the material structure to a greater extent than conventional particle fillers. These composites are then used wherever higher rigidity of the end products is required.

Vrstevnatá plniva, která se v současné době využívají pro plnění plastů jsou především slída a mastek. Další plniva, která též mají destičkový charakter, ale mají nižší hodnoty tvarového poměru (tj. poměru mezi největším rozměrem destičky a její tloušťkou) jako například kaolinová plniva, nebo běžné druhy plniv, na bázi hydroxidu horečnatého, mají malý vyztužující efekt a patří proto spíše do skupiny běžných částicových plniv. Plniva na bázi muskovitových slíd jsou v současnosti považována za nejkvalitnější vrstevnatá plniva, která umožní získat kompozitům nejvyšší hodnoty vyztužení. Je pochopitelné, že kvalita tohoto plniva je úrněrná jeho ceně, protože zdroje kvalitních slíd jsou omezené.The layered fillers currently used for filling plastics are mainly mica and talc. Other fillers which also have a platelet character but have lower shape ratio values (i.e. the ratio between the largest plate size and thickness) such as kaolin fillers, or conventional magnesium hydroxide-based fillers, have little reinforcing effect and are therefore more likely to the group of conventional particulate fillers. Fillers based on muscovite mica are currently considered to be the best quality layered fillers that allow composites to obtain the highest reinforcement values. It is understandable that the quality of this filler is proportional to its cost because the sources of quality mica are limited.

Předmětem vynálezu je plnivo na bázi tepelně expandovaných perlitů, tvořené částicemi o rozměrech maximálně 100 ^m, s rozměrovým poměrem 50 až 200, vzniklými mletím perlitu expandovaného při teplotách 950 až 1150 °C s tepelnou expozicí 0,1 až 20 sekund, přičemž plnivo má maximální obsah vlhkosti do 0,5 % hmotnostního.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a filler based on thermally expanded perlite consisting of particles having a maximum size of 100 µm, with a size ratio of 50 to 200, formed by grinding the perlite expanded at temperatures of 950 to 1150 ° C with a heat exposure of 0.1 to 20 seconds. maximum moisture content up to 0,5% by weight.

Plnivo na bázi expandovaných perlitů dle tohoto vynálezu může být s výhodou hydrofobizováno 0,05 až 2,0 % hmot. silanů.The expanded perlite filler of the present invention may preferably be hydrophobized with 0.05-2.0% by weight. silanes.

Expandované perlity jsou známým balastním plnivem plastů využívaným v případech, kdy se má dosáhnout co nejnižší specifické hmotnosti výrobku. Dosud se vůbec nevyužila možnost vyrábět z perlitů částicová plniva s vysokým rozměrovým poměrem drcením expandovaných zrn perlitu.Expanded perlite is a known plastic ballast filler used to achieve the lowest specific gravity of the product. The possibility of producing particulate fillers with a high dimensional ratio by crushing expanded perlite grains has not yet been utilized.

Putované přírodní skloviny nazývané zkráceně experlity vytváří přetlakem vodní páry uvolňované ze skloviny rozpadem krystalické mřížky obsahující vázanou vodu složité prostorové útvary složené z jednotlivých tenkostěnných buněk. Efekt putování probíhá za plastického stavu skloviny obvykle v rozmezí teplot 950 až 1150 °C, kdy kinetika procesu při expozici 0,1 až 20 sekund nejlépe odpovídá podmínkám vytváření homogenního skeletu. Výběr expandované frakce se specifickou hmotností pod 200 kg . m³zaručuje zpracování experlitu, jehož stěny jednotlivých putovaných útvarů mají požadovanou tloušťku stěn řádově v jednotkách desetin mikrometru. Mletí a třídění na požadovaný maximální rozměr částic menší než 100 ,um má za účel získání takových částic skeletu experlitu, které jsou složeny maximálně ze 3 až 4 destiček v celkovém požadovaném rozměru, který nejlépe využívá ztužujícího efektu tohoto plniva s tím, že nejen větší částice než 100 μΐη, ale i uzavřené buňky skeletu a částice o větším počtu spojů jsou vytřiďovány jako potenciální iniciátory lomových ploch kompozitu, tedy částice nežádoucí. Destičky, z nichž jsou jednotlivé částice tvořeny, jsou částmi kulových vrchlíků buněk experlitu o- průměrech řádově v desetinách milimetru, přičemž obvyklé délky těchto destiček na částicích jsou 5 až 60 μΐη a výška vrchlíků kulové plochy, která určuje prohnutí destiček částic plniva je obvykle v jednotkách mikrometrů. Takto formované částice plniva mají optimální tvar pro vysoké izotropní vyztužení plastů, prohnutí jednotlivých destiček se navíc velmi příznivě projevuje omezeným slepováním částic plniva. Podmínka konečného obsahu vlhkosti v perlitovém plnivu ve výši max. 0,5 % je experimentálně stanovenou mezí, která je pro· dosažení kvalitního kompozitu nezbytná. Vzhledem k přítomnosti vodní páry, která perlit expanduje a k vysoké aktivitě povrchů experlitu, která posunuje rovnovážnou vlhkosti experlitu při běžných skladovacích podmínkách do oblasti jednotek procent vlhkosti, je pro dosažení požadované meze vlhkosti nutné obvykle kombinovat proces mletí nebo třídění se sušením, nebo zařadit operaci dosoušení. Modifikace perlitového plniva povrchově aktivními činidly není nezbytná, protože i neupraveným plnivem lze dosáhnout výrazného ztužení kompozitních materiálů. Pokud je však žádána silnější vazba mezi plnivem a polymerní matricí, která má dopad především ná pevnostní ukazatele kompozitu, je modifikace plnivem úpravou vhodnou povrchově aktivní látkou nutná.Wandering natural enamel called abbreviated experites creates by overpressure of water vapor released from the enamel by disintegration of crystalline lattice containing bound water complex complicated spatial formations composed of individual thin-walled cells. The wandering effect takes place in the plastic state of the glass, usually in the temperature range of 950 to 1150 ° C, where the kinetics of the process, when exposed to 0.1 to 20 seconds, best correspond to the conditions of homogeneous skeleton formation. Selection of expanded fraction with specific gravity below 200 kg. m ³ guarantees the processing of an expert whose walls of the individual wandering formations have the required wall thickness in the order of tenths of a micrometer. Grinding and screening to a desired maximum particle size of less than 100 µm has the purpose of obtaining such expert skeleton particles that are comprised of a maximum of 3 to 4 plates in the total desired size that best utilizes the reinforcing effect of the filler, more than 100 μΐη, but also closed skeletal cells and particles with a greater number of joints are sorted as potential initiators of fracture surfaces of the composite, ie undesirable particles. The platelets of which the individual particles are formed are the spherical canopy portions of the cells of the expertite in diameters in the order of tenths of a millimeter, the usual lengths of these platelets on the particles being 5 to 60 μΐη and the spherical canopy height units of micrometers. The filler particles formed in this way have an optimum shape for high isotropic reinforcement of plastics. The final moisture content of the perlite filler of max. 0.5% is an experimentally determined limit that is necessary to achieve a quality composite. Due to the presence of water vapor which expands to perlite and high activity of the expert surfaces, which shifts the equilibrium moisture of the expert under normal storage conditions to the percentage of humidity units, it is usually necessary to combine the grinding or sorting process with drying or . The modification of the perlite filler with surfactants is not necessary, since even untreated filler can achieve a significant stiffening of the composite materials. However, if a stronger bond is desired between the filler and the polymer matrix, which primarily affects the strength characteristics of the composite, modification of the filler by treatment with a suitable surfactant is necessary.

Výhodou částicového plniva z tepelně expandovaného· perlitu je nejen vysoký rozměrový poměr, ale i to, že jednotlivé částice jsou ve tvaru prostorových nepravidelných hvězdic, tvořených obvykle 3 destičkami, svírajícími mezi sebou tupé úhly, které zajišťují maximální vyztužení plastu ve všech směrech, přičemž destičky jsou mírně zakřivené, což usnadňuje jejich homogenizaci v plastu a ztěžuje slepování částic plniva jako v případě slídy.The advantage of the particulate filler of thermally expanded perlite is not only the high dimensional ratio, but also the fact that the individual particles are in the form of spatial irregular starlets, usually consisting of 3 inserts enclosing obtuse angles with each other ensuring maximum plastic reinforcement in all directions. they are slightly curved, which facilitates their homogenization in the plastic and makes it difficult to stick the filler particles as in the case of mica.

Vynález osvětlí následující příklady, % v příkladech jsou hmotnostní.The invention is illustrated by the following examples,% by weight.

PřikladlHe did

Expandovaný perlit suroviny Lehotka, předemletý na kladivovém mlýně na frakci 0,1 až 3,0 mm, pufovaný ve vznosu při teplotě 1050 po dobu 120 sekund byl odtříděn na vírových článcích na materiál o frakcích §Expanded perlite raw material The period, pre-milled on a hammer mill to a fraction of 0.1 to 3.0 mm, buffered in buoyancy at a temperature of 1050 for 120 seconds, was screened on vortex cells for fraction material §.

specifické hmotnosti 70 až 150 kg/m³ a nad 150 kg/m³. Materiál frakce 70 — 150 kg/m³byl mlet na mlýně Ultrafine a tříděn na frakci o d 97 = 48 μία na vzdušném třídiči 50 ATP fy Alpine s rozměrovým poměrem 100. Takto vzniklé perlitové plnivo bylo· sušeno v promíchávané vrstvě v mísiči Papenmeier KGU 200 při teplotě 120 °C při otáčkách 120 minut^-1 po dobu 1 hodiny na výstupní vlhkost 0,15 °/o. Perlitové plnivo bylo použito na výrobu kompozhu s polypropylenovou matricí '55 212 CHZ CSSP Litvínov a obsahem plniva 30 % na hnětáku Brabender standradním postupem. Dosažení mechanické hodnoty kompozitu, jehož vzorky byly připraveny lisováním, byly následující:specific gravity of 70 to 150 kg / m ³ and above 150 kg / m ³ . The 70-150 kg / m ³ fraction material was milled in an Ultrafine mill and sorted to a fraction of 97 = 48 µm on an Alpine 50 ATP air separator with a size ratio of 100. The perlite filler thus formed was dried in a mixing layer in a Papenmeier KGU 200 mixer. at a temperature of 120 ° C at a speed of 120 minutes ^-1 for 1 hour to an output humidity of 0.15 ° / o. The perlite filler was used to produce a composite with a '55 212 CHZ CSSP Litvínov polypropylene matrix and a filler content of 30% on a Brabender mixer according to a standard procedure. The mechanical value of the composite, the samples of which were prepared by pressing, were as follows:

mez kluzu tr = 19,0 MPa, vrubová houževnatost q_r = 4,5 kj :>; · a modul pružnosti E = 2,60 GPa.yield strength tr = 19.0 MPa, notch toughness q _r = 4.5 kj:>; · A modulus of elasticity E = 2.60 GPa.

Příklad 2Example 2

Perlitové plnivo· podle příkladu 1 bylo po sušení upraveno v mixéru Henschel 10 L při teplotě 140 °C 1 % silanu Y 9578 Union Carbide. Stejným způsobem jako· v předchozím příkladu byl kompaundován se stejnou polymerní matricí kompozit o 30 % upraveného· plniva. Dosažené mechanické hodnoty byly:The perlite filler of Example 1 was treated with 1% silane Y 9578 Union Carbide in a Henschel 10 L mixer at 140 ° C after drying. In the same manner as in the previous example, a composite of 30% treated filler was compounded with the same polymer matrix. The mechanical values achieved were:

tr = 23,6 MPa. a,. — 3,5 kj m^-2 a É = 2,69 GPa.t r = 23.6 MPa. and,. - 3.5 kj m ^-2 and E = 2.69 GPa.

Jak je zřejmé z uvedených příkladů, perlitové plnivo poskytuje kompozitu mechanické vlastnosti srovnatelné s jinými typy partikulárních plniv, ovšem vyztužení kompozitu perlitovým plnivem je vyšší. V porovnání, například s klasickými karbonátovými plnivy, je toto vyztužení, vyjádřeno modulem pružnosti E, při daném stupni plnění téměř o 25 % vyšší.As is evident from the examples, the perlite filler provides the composite with mechanical properties comparable to other types of particulate fillers, but the reinforcement of the composite with the perlite filler is higher. In comparison, for example with conventional carbonate fillers, this reinforcement, expressed by the modulus of elasticity E, is almost 25% higher at a given degree of filling.

Další výhodou plniva podle vynálezu, vedle výborných vyztužujících vlastností, které toto plnivo kompozitům propůjčuje, je výhodná cena a dále skutečnost, že výrobky z kompozitů na bázi perlitových plniv mají bez pigmentace nebo dobarvování velmi žádaný odstín technické šedi s vysokou odolností vůči optickým defektům.A further advantage of the filler according to the invention, in addition to the excellent reinforcing properties that this filler confers on the composites, is the advantageous price and furthermore the fact that perlite filler composite products have a highly desirable technical gray shade with high optical defect resistance without pigmenting or coloring.

Claims

SUBJECT

A filler for plastics based on thermally expanded perlite, characterized in that the filler consists of particles having a maximum size of 100 µm, with a size ratio of 50 to 200, formed by grinding the perlite expanded at temperatures of 950 to 1150 ° C with a thermal exposure of 0.1 up to 20 seconds, the filler having a maximum moisture content of up to · 0.5% by weight.

2. A thermally expanded perlite filler according to claim 1, characterized in that it is hydrophobized with 0.05-2.0% by weight of silanes.