12 Волластонит (силикат кальция)

Волластонит является единственным производимым в промышленном масштабе чисто белым минералом с совершенной игольчатой формой кристаллов. Игольчатая форма кристаллов позволяет использовать волластонит в качестве усиливающего наполнителя полимеров, аналогично другим типам коротковолокнистых наполнителей. В отличие от талька и асбеста волластонит классифицируется как безопасный минеральный наполнитель. Предельно допустимая концентрация волластонита в воздухе составляет 15 мг/м³ по сравнению с разрешенными двумя частицами на 1 см³ за 8 часов при работе с асбестом и тальком. По прочности при изгибе, растяжении, стойкости к действию ультрафиолетовых лучей и к воде полимерные композиции, наполненные волластонитом, превосходят большинство других наполненных систем.

Волластонит является природным соединением силиката кальция (CaSiO₃).

Получение волластонита. Сырьё для получения волластонита добывается шахтным способом. Для удаления силикатов других металлов, содержащихся в сырье, применяется высокоинтенсивный магнитный метод. Измельчение очищенного волластонита производится в шаровых мельницах, а разделение – с помощью воздушных сепараторов. Сорта волластонита, используемого в качестве наполнителя для пластмасс, получают специальным способом, обеспечивающим сохранение характеристического отношения природных кристаллов при расщеплении более крупных кристаллических образований.

Физические свойства волластонита фирмы "Интерпейс":

Кристаллическая структура	Игольчатая
Плотность, кг/м^3	2900
Термический коэффициент расширения, К^-1	6,5*10^-6
Показатель преломления	1,63
Температура перехода в псевдоволластонит, ^0С	1200
Температура плавления, ^0С	1540
Растворимость в воде, г/100 см^3	0,0095
Твердость по шкале Мооса	4,5
Цвет	Абсолютно белый
Насыпной объем, м^3/кг	8,3*10^-3
рН (10%-ной дисперсии)	9,9
Содержание влаги, %	0,5

Химический состав волластонита общей формулы CaSiO₃, в %:

SiO2	50,9	TiO2	0,05	MgO	0,10
CaO	46,9	Al2O3	0,25
FeO	0,55	MnО	0,10

Потери при прокаливании 0,9. Молекулярная масса 116.

Распределение частиц по размерам. Волластонит известных марок, таких как С-6 и С-1 обычно используются в производстве керамики, марки Р-1 и F-1 – в качестве наполнителей для пластмасс, а Р-4 – в качестве наполнителя для лакокрасочных материалов или разбавителя пигментов.

Игольчатая форма частиц сохраняется даже в самых тонких кристаллах (рисунки 12.1, 12.2).

Рисунок 12.1 – Микрофотография волластонита марок Р-1 (а) и F-1 (б).

Увеличение 100.

Рисунок 12.2 – Кристаллы волластонита.

Применение. Волластонит используется для наполнения ненасыщенных полиэфиров, поливинилхлоридных пластизолей, полиамидов и полипропилена. Он обеспечивает более высокую прочность при изгибе и растяжении по сравнению с другими минеральными наполнителями и отличается высокой водостойкостью. Волластонит, обработанный силанами, обладает уникальными свойствами (рисунок 12.3).

Волластонит марки Р-1 может быть использован в полиэфирных прессованных композициях при высоких концентрациях с обеспечением необходимой рабочей вязкости (рисунок 12.4).

а-в: 1- ненаполненный полиамид 6; 2 – наполненный 70% волластонита,

обработанного аппретом А-100; г-е: 1- ненаполненный полиамид 6;

2 - наполненный 50% глины марки Нулок 321.

Рисунок 12.3 – Изменение свойств полиамида 6, наполненного волластонитом (а-в)

и глиной (г-е) при выдержке в воде при 50⁰С.

Рисунок 12.4 – Зависимость вязкости по Брукфилду дисперсии волластонита

марки Р-1 в олигоэфирной смоле от его содержания.

Волластонит вызывает меньшее увеличение вязкости при высоких степенях наполнения, чем карбонат кальция.

Композиции, наполненные волластонитом, имеют меньшее водопоглощение и меньшие потери прочности и модуля упругости при растяжении.

Волластонит успешно конкурирует с тальком, коротковолокнистым асбестом и слюдой в качестве минерального наполнителя полимеров. На него приходится 10-15% от общего количества используемых в настоящее время в промышленности пластмасс минеральных наполнителей.