Como modificadores de plásticos, los polvos minerales inorgánicos poseen una serie de propiedades físicas y químicas únicas. Son de alta área de superficie específica, buena estabilidad térmica y resistencia mecánica. En los últimos años, los polvos minerales inorgánicos han hecho importantes contribuciones. Mejoran el rendimiento de los plásticos y han promovido el desarrollo de la industria del plástico.
1. Tipos de polvos minerales inorgánicos
(1) Carbonato de calcio
El carbonato de calcio es el material de relleno inorgánico más antiguo y más utilizado en plásticos. Tiene una excelente blancura, propiedades químicas estables y una baja absorción de aceite. Al agregar carbonato de calcio, se puede mejorar la dureza, la estabilidad dimensional y la procesabilidad de los plásticos. Esto también reduce significativamente los costos de producción.
Si tomamos como ejemplos el polietileno (PE) y el polipropileno (PP), la adición de carbonato de calcio mejora la resistencia a la tracción y el módulo de flexión de estos dos plásticos, y aumenta su temperatura de deformación térmica. Cabe mencionar que el carbonato de calcio ultrafino también se puede utilizar para fabricar plásticos de alto rendimiento, ya que proporciona a los materiales mejores propiedades mecánicas y ópticas.
(2) Talco
El talco no solo tiene una excelente lubricidad, sino que también presenta una buena resistencia al calor y un buen aislamiento eléctrico. Debido a la estructura escamosa y a la alta relación diámetro-espesor del talco, la rigidez y dureza del material se pueden mejorar significativamente. Además, el talco posee propiedades como resistencia al calor, estabilidad térmica, lubricidad y dispersabilidad. Esto lo hace aplicable en una amplia gama de campos, convirtiéndolo en un material indispensable en varias industrias.
(3) Caolín
El caolín es muy valorado por su excelente blancura, propiedades químicas estables y buen aislamiento eléctrico. Su estructura escamosa única proporciona excelentes efectos de relleno y refuerzo. En el campo de los plásticos, el valor de aplicación del caolín se ve principalmente en sus funciones de relleno y refuerzo. Debido a sus propiedades químicas estables y excelente dispersabilidad, el caolín ha sido ampliamente utilizado en varios plásticos. Por ejemplo, están el cloruro de polivinilo (PVC) y el polietileno (PE). La adición de caolín puede mejorar significativamente la resistencia mecánica, la resistencia al desgaste y la estabilidad térmica de los plásticos. Al mismo tiempo, también puede ayudar a reducir los costos de producción. En algunos plásticos de alto rendimiento, el caolín incluso se utiliza como aditivo retardante de llama y antiestático.
(4) Polvo de mica
La mica no solo tiene un excelente aislamiento eléctrico, resistencia al calor y resistencia a la corrosión, sino que también tiene una transmitancia de luz que supera a la de otros polvos inorgánicos, junto con la capacidad de bloquear los rayos infrarrojos. Por lo tanto, se ha utilizado ampliamente en películas para invernaderos. Como importante relleno mineral inorgánico, el polvo de mica ha desempeñado un papel importante en varios campos, como el de los plásticos, debido a sus excelentes propiedades físicas y químicas.
(5) Wollastonita
La wollastonita se encuentra en la naturaleza principalmente en forma de agregados fibrosos, radiales, plumosos o en forma de bloques, siendo las formas más comunes las estructuras fibrosas o con forma de aguja. En la industria del plástico, sus partículas finas se mezclan uniformemente y se añaden a la matriz plástica para mejorar eficazmente las propiedades mecánicas del plástico, mejorando su resistencia mecánica y estabilidad térmica. Al mismo tiempo, la wollastonita también ayuda a mejorar la resistencia al desgaste del material. Como relleno blanco, le da al producto un mejor efecto visual y una apariencia más agradable estéticamente.
(6) Polvo nanomineral
Con el avance continuo de la nanotecnología, los polvos minerales inorgánicos a escala nanométrica han demostrado un gran potencial en la modificación de plásticos. Los polvos minerales nanométricos tienen una gran área de superficie específica, energía superficial y otras propiedades, y ofrecen ventajas únicas en el campo de la modificación de plásticos. Por ejemplo, el nanocarbonato de calcio se puede utilizar como relleno en productos de caucho y plástico para mejorar la resistencia al calor, la resistencia al desgaste, la estabilidad dimensional, la rigidez y la procesabilidad, al mismo tiempo que se reducen los costos de manera efectiva.
2. Funciones y mecanismos de los polvos minerales inorgánicos en los plásticos
(1) Propiedades mecánicas mejoradas de los plásticos
Cuando se mezclan cargas inorgánicas en la matriz plástica, se forma una estructura compuesta multifásica. Los polvos minerales se distribuyen en la matriz plástica como fases dispersas. Su dureza y módulo son mucho mayores que los de los plásticos. Cuando se someten a tensión, estos polvos pueden compartir y dispersar la tensión, mejorando así la resistencia mecánica del material. Debido a su alta dureza, los polvos minerales inorgánicos actúan como un esqueleto en los plásticos, evitando la iniciación y expansión de grietas, lo que reduce el riesgo de deformación y ruptura.
Por ejemplo, después de mezclar polvos de talco con polipropileno (PP), el módulo de flexión y la resistencia a la tracción aumentan, y la tenacidad mejora. La modificación de polvos minerales inorgánicos puede mejorar significativamente la resistencia mecánica, la dureza y la rigidez de los plásticos, optimizar sus propiedades mecánicas generales y hacer que los materiales compuestos rellenos sean ampliamente aplicables en muchos campos.
(2) Propiedades térmicas mejoradas
El polvo de wollastonita tiene una alta conductividad térmica y buenas propiedades de aislamiento, lo que puede mejorar la conductividad térmica y la estabilidad química de los plásticos. El polvo de mica, debido a su estructura en capas y resistencia al calor, se usa ampliamente para mejorar la conductividad térmica, las propiedades mecánicas y la resistencia a la intemperie de los plásticos.
La alúmina también tiene buena conductividad térmica y estabilidad química. A menudo se utiliza para mejorar la conductividad térmica y la resistencia al calor de los plásticos. El nitruro de boro tiene una alta conductividad térmica y excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, lo que puede mejorar significativamente el rendimiento de los plásticos. Sin embargo, debido a su escasez y alto costo, se utiliza principalmente en aplicaciones de alta gama.
(3) Propiedades eléctricas mejoradas
En el campo de los aparatos electrónicos y los equipos de comunicación, existen requisitos estrictos para las propiedades de aislamiento eléctrico de los plásticos. Ciertos polvos minerales específicos, como el caolín y la mica, tienen excelentes propiedades de aislamiento eléctrico. La incorporación de estos polvos a los plásticos puede mejorar significativamente las propiedades de aislamiento de los materiales, haciéndolos ideales para la fabricación de componentes de aislamiento eléctrico. Además, al introducir polvos minerales con buena conductividad eléctrica (como el negro de carbono y los nanotubos de carbono), se pueden desarrollar plásticos conductores. Estos materiales tienen una amplia gama de aplicaciones en los campos de protección antiestática y electromagnética.
(4) Reducción de los costes de material
El costo de los polvos minerales es mucho menor que el de las resinas poliméricas. Por lo tanto, al incorporar polvos minerales inorgánicos a los materiales plásticos, el costo de producción de los productos plásticos se puede reducir de manera efectiva. Por ejemplo, agregar carbonato de calcio a plásticos comunes como PVC y PE no solo reduce los costos de material, sino que también mejora sus propiedades mecánicas y características de procesamiento. En la producción industrial a gran escala, la selección del tipo y la cantidad adecuados de rellenos puede reducir los costos de producción en cierta medida, al tiempo que mantiene o incluso mejora el rendimiento de los plásticos, mejorando así la competitividad de los productos en el mercado.
3. Escenarios específicos de aplicación de polvos minerales inorgánicos en plásticos
(1) Industria del automóvil
Los materiales plásticos ligeros se utilizan ampliamente en la industria automotriz para ayudar a ahorrar energía y reducir las emisiones. La adición de polvos minerales inorgánicos a los plásticos puede mejorar significativamente sus propiedades mecánicas y crear productos plásticos ligeros, lo que es especialmente importante en los campos automotriz y aeroespacial.
Por ejemplo, la adición de talco en polvo o carbonato de calcio al PP puede mejorar la resistencia a la tracción y la rigidez del material, al tiempo que reduce su peso. La incorporación de estos polvos minerales también puede mejorar la resistencia al calor y la estabilidad dimensional, cumpliendo con los requisitos de aplicación de las piezas de automoción en entornos de alta temperatura. Esto mejora la resistencia a la fluencia a altas temperaturas, reduce la contracción y da como resultado una mejor calidad de la superficie, una apariencia más atractiva y un tacto más adecuado.
(2) Materiales de construcción
Los polvos minerales inorgánicos desempeñan un papel cada vez más importante en el campo de los materiales de construcción, ya que poseen propiedades físicas y químicas únicas. En la producción de tuberías y láminas de PVC, los materiales compuestos elaborados mediante la introducción de caolín pueden mejorar la resistencia a la tracción y el módulo de flexión de los materiales, al tiempo que mejoran la resistencia al impacto y la resistencia a la corrosión química. En el caso de las carreteras y la infraestructura, el polvo de piedra caliza y otros polvos minerales se utilizan a menudo como rellenos en las mezclas de asfalto para mejorar la resistencia y la durabilidad de la superficie de la carretera. A través de estas modificaciones y optimizaciones, los polvos minerales inorgánicos no solo pueden mejorar el rendimiento de los materiales de construcción, sino que también promueven el desarrollo de edificios ecológicos, apoyando los objetivos de desarrollo sostenible de la industria de la construcción.
(3) Electrónica y electricidad
Los materiales plásticos desempeñan un papel crucial en las industrias electrónica y eléctrica, donde deben tener un excelente aislamiento eléctrico y conductividad térmica. El aislamiento eléctrico es una característica clave de los materiales plásticos, pero puede ser necesario mejorarlo para aplicaciones de alta demanda. El caolín y el polvo de mica son polvos minerales inorgánicos de uso común. Cuando se combinan con resinas plásticas, pueden aumentar la resistividad y prevenir fallas eléctricas. El polvo de mica, con su alta resistencia al calor, es ideal para el empaquetado electrónico de alta temperatura. La alúmina y el nitruro de boro son polvos térmicamente conductores que, cuando se mezclan con resinas plásticas, mejoran la conductividad térmica. Estos se utilizan ampliamente en empaquetado electrónico, dispositivos de disipación de calor, motores de automóviles y otras aplicaciones.
(4) Polvos minerales inorgánicos para productos de consumo diario
Los polvos minerales inorgánicos desempeñan un papel importante en la mejora de las propiedades de los productos plásticos, mejorando su adaptabilidad. El talco y el polvo de mica son dos polvos minerales inorgánicos de uso común. En la producción de carcasas de electrodomésticos, el talco mejora la dureza y evita el agrietamiento. El polvo de mica mejora la resistencia al calor y mantiene un rendimiento estable. El caolín y el carbonato de calcio son esenciales en la fabricación de juguetes para niños. Mejoran la resistencia mecánica, reducen el coeficiente de fricción, minimizan el desgaste, mejoran el rendimiento del procesamiento, aumentan la dureza y garantizan la seguridad y la durabilidad.
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