La modificación de superficie es una técnica esencial para mejorar el rendimiento de la aplicación del carbonato de calcio. Mejora su adaptabilidad, amplía el alcance del mercado y aumenta su uso. La funcionalización y especialización dominarán el desarrollo futuro del carbonato de calcio. Se espera que la demanda del mercado de diversos productos de carbonato de calcio modificado en superficie y especializados crezca significativamente.
Las 7 razones para la modificación de superficie del carbonato de calcio
Mejorar la dispersabilidad del carbonato de calcio
El procesamiento ultrafino es un enfoque crucial para mejorar la calidad del carbonato de calcio. Sin embargo, a medida que disminuye el tamaño de partícula, aumenta la energía superficial, se intensifica la adsorción y se vuelve más severa la aglomeración.
A través de la modificación de superficie, los modificadores pueden adsorberse de manera direccional en las superficies del carbonato de calcio, impartiendo características de carga. Debido a la repulsión entre cargas iguales, las partículas de carbonato de calcio resisten la aglomeración, logrando una dispersión uniforme dentro de la matriz.
Mejorar la compatibilidad del carbonato de calcio
La modificación de superficie mejora la compatibilidad interfacial y la afinidad entre el carbonato de calcio y las matrices orgánicas. Esto mejora las propiedades mecánicas de los materiales compuestos, como caucho o plásticos.
Por ejemplo, el carbonato de calcio tratado con agentes acoplantes de titanato tiene buena compatibilidad con las moléculas de polímero.
Los agentes acoplantes de titanato pueden formar puentes moleculares entre las moléculas de carbonato de calcio y las moléculas de polímero.
Esto mejora la interacción entre el polímero orgánico o resina y el carbonato de calcio. Esto aumenta significativamente las propiedades mecánicas de los composites termoplásticos, incluyendo la resistencia al impacto, la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y la elongación.
Reducir la absorción de aceite del carbonato de calcio
La modificación de superficie es un método importante para reducir la absorción de aceite de los polvos. Después de la modificación de superficie, las partículas de carbonato de calcio están menos aglomeradas y su dispersión se mejora. Se reducen los vacíos entre partículas. Al mismo tiempo, las moléculas de modificación cubren la superficie del carbonato de calcio. Esta cobertura reduce los vacíos internos dentro de las partículas. Además, esta cobertura cambia las propiedades superficiales del carbonato de calcio, debilitando su polaridad superficial.
La fricción entre partículas disminuye y la lubricidad mejora. Como resultado, las partículas se empaquetan más estrechamente, aumentando la densidad aparente y reduciendo el valor de absorción de aceite.
Ampliar el mercado de aplicaciones de alta gama para el carbonato de calcio
El carbonato de calcio sin modificación de superficie tiene poca compatibilidad, tiende a aglomerarse y tiene un rendimiento pobre en aplicaciones. A medida que aumenta su uso, estas desventajas se vuelven más evidentes.
A través de la modificación de superficie, el carbonato de calcio muestra buena afinidad interfacial. La absorción de aceite se reduce. Puede aplicarse mejor en campos de alta gama como plásticos, recubrimientos, caucho, fabricación de papel, selladores y películas transpirables. Esto mejora la calidad del producto y reduce aún más los costos de producción para las empresas.
Dotar al carbonato de calcio de propiedades funcionales adicionales
El carbonato de calcio sin modificación de superficie solo puede usarse como relleno tradicional, con áreas de aplicación y uso limitados. Sin embargo, a través de la modificación de superficie, el carbonato de calcio se transforma en un modificador multifuncional. El carbonato de calcio recubierto con sílice puede reemplazar parcialmente el negro de carbono blanco y complementar sus deficiencias en ciertas propiedades. El carbonato de calcio ligero recubierto con metales puede mejorar propiedades específicas de los productos de caucho. Los materiales compuestos de carbonato de calcio recubiertos con dióxido de titanio pueden, en cierta medida, reemplazar al dióxido de titanio. El carbonato de calcio tratado con fosfatos, aluminatos, silicatos o sales de bario puede usarse para preparar carbonato de calcio resistente a ácidos.
Incrementar el valor añadido de los productos de carbonato de calcio
Actualmente, hay una sobreoferta de carbonato de calcio regular en China, y la competencia de precios por los productos es intensa. Después de la modificación de superficie, el rendimiento del carbonato de calcio mejora significativamente, resultando en una mejor experiencia para el usuario. Y el precio del producto aumenta naturalmente.
Alinear con las tendencias de desarrollo de la industria del carbonato de calcio
La Comisión Nacional de Desarrollo y Reforma (NDRC) ha incluido el carbonato de calcio de grado ordinario como un producto obsoleto en el Catálogo de Orientaciones para la Ajuste de la Estructura Industrial (Edición 2024).
Los esfuerzos para eliminar dichos productos se intensificarán en los próximos años.
Esta política aclara la dirección estratégica de China para la industria del carbonato de calcio:
- Eliminar capacidades de producción de bajo nivel y fragmentadas.
- Fomentar el desarrollo de productos de procesamiento de precisión como el carbonato de calcio ultrafino y a escala nanométrica.
34 aplicaciones del carbonato de calcio modificado
Después de la modificación superficial, el carbonato de calcio será mejor utilizado en los siguientes campos.
Cloruro de polivinilo (PVC)
En comparación con el carbonato de calcio regular, las partículas del carbonato de calcio modificado están distribuidas de manera uniforme en su estado de partícula nativa sin aglomeración. Tiene una excelente compatibilidad y dispersabilidad con la resina de PVC. Es fácil de plastificar, no se pega a los rodillos y tiene un rendimiento de procesamiento excelente. Esto mejora la eficiencia del procesamiento. La resistencia a la tracción y la elongación a la rotura del producto aumentan significativamente, resultando en buenas propiedades físicas y mecánicas.
polipropileno (PP)
La modificación superficial del carbonato de calcio ligero con el agente acoplante éter homopolímero de politetrahidrofuran (PTHF) puede reducir la absorción de aceite del carbonato de calcio a 22% y el ángulo de contacto a 68.6°. El carbonato de calcio modificado se llena en el polipropileno. Se dispersa bien en el polipropileno. Puede aliviar en cierta medida la disminución de la resistencia a la tracción. La elongación a la rotura del material compuesto alcanza 28.47% y la resistencia al impacto alcanza 6.7 kJ/m².
La resistencia al impacto alcanza 6.7 kJ/m²
Polietileno de alta densidad (HDPE)
El agente acoplante de aluminato se utiliza para la modificación mecanoquímica del carbonato de calcio pesado.
El agente acoplante de aluminato forma ciertas interacciones de enlace en la superficie de las partículas de carbonato de calcio.
Después de la modificación, la dispersión de las partículas de carbonato de calcio mejora significativamente.
A medida que aumenta la cantidad de carbonato de calcio modificado en el polietileno de alta densidad (HDPE).
La pérdida por desgaste y el trabajo de fricción del material compuesto disminuyen, y su rendimiento antifricción mejora.
Cuando la cantidad es de 8 phr, el material compuesto exhibe las mejores propiedades mecánicas. La resistencia a la tracción y la resistencia al impacto aumentaron en 4.46% y 24.57%, respectivamente.
Polietileno de baja densidad (LDPE)
Ácido esteárico (1.5%) y aluminate DL-411 (0.5%) se utilizaron para modificar el carbonato de calcio.
El índice de activación del carbonato de calcio modificado es 99.71%. El valor de absorción de aceite es de 46.19 mL/100g. El volumen de sedimentación final es de 2.3 mL/g. La viscosidad de una mezcla de 10 g de carbonato de calcio modificado y 100 mL de parafina líquida es de 4.4 Pa·s.
Cuando el carbonato de calcio modificado se llena en polietileno de baja densidad (PEBD), y el contenido de carbonato de calcio modificado es de 10%, el material compuesto exhibe buenas propiedades mecánicas.
Plástico ABS
Tras la modificación superficial, el nano-carbonato de calcio muestra una dispersión mejorada en medios orgánicos, con su superficie cambiando de hidrofílica a lipofílica. Cuando se usa en resina ABS, mejora las propiedades mecánicas de la resina ABS, como la resistencia al impacto, la resistencia a la tracción, la dureza superficial, la resistencia a la flexión y las propiedades térmicas como la temperatura de deformación por calor.
Poliéster (PBAT)
La modificación superficial del carbonato de calcio se realiza mediante un método de recubrimiento con agente acoplante de doble capa. El carbonato de calcio modificado puede llenarse hasta 50%, y el material compuesto exhibe buenas propiedades mecánicas generales. En el material compuesto, las partículas de carbonato de calcio modificado están completamente impregnadas y recubiertas por la matriz de resina PBAT, sin que ocurra disolución. Al mismo tiempo, se mejora la fluidez mutua entre ambos.
EPDM reticulado por radiación
Se realiza una modificación in situ del carbonato de calcio utilizando un agente acoplante de éster de titanio (105) con grupos funcionales insaturados. Se mejora la dispersión del carbonato de calcio modificado. En EPDM reticulado por radiación, la superficie del carbonato de calcio modificado reacciona químicamente con el EPDM a través de grupos de ácido oleico. Esto permitió que el carbonato de calcio participara en la red de reticulación del EPDM. Como resultado, se mejoraron la resistencia a la tracción, la elongación en 100% y la dureza Shore A del material compuesto. El carbonato de calcio mostró propiedades de refuerzo en EPDM reticulado por radiación.
Ácido poliláctico (PLA)
El carbonato de calcio fue modificado superficialmente con un agente acoplante. Esto aumentó la superficie específica del carbonato de calcio. Como resultado, se amplió el área de contacto con la matriz.
Al someterse a estrés, se generaron más vetas de plata y zonas de deformación plástica.
Esto absorbió una gran cantidad de energía, logrando el objetivo de endurecer y fortalecer el material.
Tela recubierta de PVC
El carbonato de calcio pesado modificado puede mejorar la compatibilidad del sistema de resina de pasta de polivinilo. En el mismo nivel de uso que el carbonato de calcio pesado regular, puede lograr una viscosidad relativamente baja.
Mejora la adhesión a la tela de poliéster, reduciendo la cantidad de adhesivo necesaria. Al mismo tiempo, mejora la sensación táctil del material de recubrimiento. Cuando se aumenta la cantidad de uso en un 40%, no tiene efecto adverso en el rendimiento de procesamiento del material, las propiedades físicas y mecánicas, ni en el rendimiento de soldadura térmica.
Manguera contra incendios de cloruro de polivinilo (PVC)
En comparación con el carbonato de calcio regular, las partículas de carbonato de calcio modificado están distribuidas de manera uniforme en su forma de partícula nativa.
No se aglomeran, y algunas existen en forma de nanopartículas.
Al llenarse en tuberías de lucha contra incendios de PVC, no solo mejora el rendimiento de procesamiento del sistema, sino que también proporciona al producto mejores propiedades físicas y mecánicas, logrando un efecto de endurecimiento y refuerzo.
Materiales de cables de PVC y masterbatch retardante de llama
El carbonato de calcio pesado se modifica utilizando aluminatos, titanatos y ácido esteárico como agentes acoplantes. Este relleno compuesto de carbonato de calcio pesado modificado se utiliza luego para preparar compuestos de cables de PVC y masterbatches retardantes de llama, mostrando un rendimiento excelente. El uso de modificadores compuestos se convertirá en una de las tendencias clave en la modificación superficial del carbonato de calcio pesado.
Polieteretercetona
Las fibras de carbonato de calcio se modifican con poliariletercetona hiperramificada sulfonada.
Esto mejora la dispersión de las fibras de carbonato de calcio en la matriz.
Incrementa la interacción entre las dos fases.
También reduce la viscosidad de fusión del material compuesto dentro del rango de temperatura de procesamiento.
Al mismo tiempo, el material compuesto resultante muestra una mejora en el módulo de Young, módulo de flexión y tenacidad.
película plástica
El carbonato de calcio tiene una amplia gama de aplicaciones en películas. Después del tratamiento superficial, el carbonato de calcio generalmente se combina con la resina base mediante adsorción superficial, entrelazamiento físico, fuerzas de Van der Waals y otros mecanismos. Esto resulta en una dispersión más uniforme y propiedades mejoradas de la película.
Embalaje plástico para alimentos
El nano-carbonato de calcio, como relleno ultrafino en plásticos, tiene efectos especiales en la modificación del rendimiento del producto. Los estudios han demostrado que los materiales de embalaje de alimentos con nano tienen propiedades de barrera, antibacterianas y de conservación. Estas propiedades se han aplicado en embalajes para cerveza, bebidas, frutas, verduras, productos lácteos y otros alimentos. Para lograr una buena dispersión y un tamaño de partícula pequeño del relleno, es necesario debilitar o reducir la energía superficial del nanomaterial. Actualmente, se utilizan comúnmente métodos de dispersión mecánica, o se aplican dispersantes y tratamientos de secado.
Membrana transpirable
La película transpirable se fabrica mezclando aproximadamente 50% de carbonato de calcio especial con un portador de PE o PP.
Luego se extruye en una película y se orienta en una cierta proporción de estiramiento.
Se utiliza ampliamente en películas adhesivas médicas, prendas quirúrgicas, guantes médicos, compresas higiénicas, pañales para bebés, sábanas desechables, películas adherentes, películas compuestas y bolsas de embalaje para alimentos cocidos.
El carbonato de calcio modificado superficialmente exhibe propiedades hidrofóbicas mejores de lo esperado, excelente dispersibilidad y estabilidad térmica.
Estas características lo hacen adecuado para la producción de películas transpirables.
Sellador de silicona de un componente de vulcanización en temperatura ambiente (RTV)
La modificación superficial del carbonato de calcio ultrafino se realiza utilizando un agente acoplante de silano. El carbonato de calcio modificado muestra un buen efecto de refuerzo en selladores, con una resistencia a la tracción de 0,57 MPa y una elongación máxima de resistencia de 159,60%.
Sellador de poliuretano
El carbonato de calcio modificado por copolimerización con metacrilato de metilo (MMA) y agente acoplante de silano KH570 tiene un ángulo de contacto con el agua de 60° y un valor de sedimentación de 1.36 ml/g. El carbonato de calcio modificado muestra una buena dispersión en poliuretano y demuestra un comportamiento tixotrópico al mezclarse con poliuretano. Además, mejora las propiedades mecánicas del poliuretano mejor que el carbonato de calcio no modificado.
Sellador de silicona
El carbonato de calcio nano puede reemplazar parcialmente el negro de carbón blanco como relleno para caucho de silicona. Es un material de producción primaria para caucho de silicona. El carbonato de calcio nano actúa como relleno y potenciador para el caucho de silicona. Puede reducir significativamente el costo de los productos y mejorar su rendimiento de procesamiento. Aumenta en gran medida la resistencia a la tracción, la resistencia al desgarro y otras propiedades mecánicas del caucho. Al controlar la forma cristalina, el tamaño de partícula y el tratamiento superficial del carbonato de calcio nano, los productos pueden lograr un rendimiento tixotrópico excelente y propiedades anti-derrapamiento.
Productos de caucho
El carbonato de calcio activo modificado en superficie tiene un efecto reforzante en el caucho. Su rendimiento de refuerzo es comparable al del negro de carbono blanco. Se usa comúnmente como agente de refuerzo para productos de caucho blancos, de colores claros y coloreados. Puede usarse en la producción de caucho para capa buffer de neumáticos, cámaras internas, neumáticos de bicicleta, caucho para cubiertas de correas transportadoras, mangueras, productos de cinta de caucho y calzado de caucho. También es adecuado para caucho natural, SBS y látex. El efecto de refuerzo en SBS es significativo, y su rendimiento de coloración también es bueno.
Caucho natural y caucho vulcanizado
El fitolocinol y la hexametilentetramina se usan para modificar el carbonato de calcio. La vulcanización de caucho natural con carbonato de calcio modificado muestra una mejora significativa en las propiedades mecánicas en comparación con la vulcanización de caucho natural con carbonato de calcio no modificado. La resistencia a la tracción en rotura del caucho vulcanizado aumentó en 130% en comparación con el carbonato de calcio no modificado. La resistencia a la tracción aumentó en 101% y la resistencia al desgarro en 70%.
Caucho de estireno-butadieno (SBR)
El carbonato de calcio modificado con polibutadieno carboxilado (CPB) como agente de refuerzo en SBR mejora significativamente las propiedades del caucho vulcanizado. En comparación con el carbonato de calcio no modificado, la resistencia a la tracción aumenta en 60%, la elongación en 300% aumenta en 70% y la resistencia al desgarro mejora en 30%.
Capa interior de neumático radial semi-acero
Agregar 40 partes de carbonato de calcio modificado a la capa interior de neumáticos radiales semi-acero mejora la hermeticidad del compuesto de caucho. Tiene un efecto mínimo en su resistencia a la flexión y rendimiento de procesamiento. Según los resultados de pruebas en fábrica, la capa impermeable con 40 partes de carbonato de calcio modificado muestra una mejora del 30.1% en hermeticidad en comparación con una capa impermeable estándar. Al mismo tiempo, el costo se reduce en 3.65 yuanes/kg, y el rendimiento de velocidad alta y durabilidad del neumático no se ve afectado.
Relleno para papel
El carbonato de calcio modificado recubierto de almidón se usa como relleno en la fabricación de papel. El carbonato de calcio modificado tiene una fuerte resistencia al cizallamiento y una alta tasa de retención. Esto resulta en un mayor rendimiento de resistencia del papel. La disminución en el rendimiento de resistencia se ralentiza significativamente.
Tabaco reconstituido
Se usaron hexametafosfato de sodio y ácido cítrico (en proporción 1:1) para modificar el carbonato de calcio.
El carbonato de calcio modificado añadido al tabaco reconstituido tiene un contenido de cenizas 8.25% superior al del carbonato de calcio comercial. Los indicadores de humo convencionales y los resultados de evaluación sensorial son mejores que los del carbonato de calcio comercial.
Recubrimiento en polvo
El carbonato de calcio modificado actúa como estructura en los recubrimientos en polvo. Aumenta el grosor de la película y mejora la resistencia a la abrasión y la durabilidad del recubrimiento. En general, el carbonato de calcio modificado es más barato que otros rellenos inorgánicos. Por lo tanto, puede reducir el costo de los recubrimientos en polvo. Al mismo tiempo, mejora la tasa de recogida de polvo y la cobertura de pulverización.
Pintura de látex
El carbonato de calcio nano-modificado se utiliza para preparar pintura látex que contiene 43% PVC. La pintura con carbonato de calcio nano-modificado exhibe una excelente suavidad superficial, densidad y una resistencia significativamente mejorada a las manchas, al frotamiento y al envejecimiento. Entre los modificadores, el ácido esteárico y el carbonato de calcio nano-modificado con sulfonato de sodio tienen un impacto significativo en la resistencia a la tracción, mientras que el ácido esteárico y el carbonato de calcio nano-modificado con titanato mejoran en gran medida la resistencia a las manchas y al frotamiento.
Recubrimiento Electroférrico
El carbonato de calcio se modifica con fluorosilicato hidratado. Después de la modificación, la superficie del carbonato de calcio está cubierta con una mezcla amorfa de sílice y fluoruro de calcio. Esto forma una película delgada y densa. Mejora significativamente la resistencia ácida del carbonato de calcio. Se puede usar en recubrimientos electroforéticos anódicos de ácido débil.
Imprimador Antipiedras para Chasis de Automóviles de PVC
Después de la modificación con ácidos grasos o sales de ácidos grasos, el carbonato de calcio con tamaños de partícula de 40–80 nm muestra excelentes propiedades tixotrópicas. Se utiliza en imprimadores antipiedras para chasis de automóviles de PVC. Esto resulta en buena tixotropía y esfuerzo de fluencia.
Tintas
La tinta hecha con carbonato de calcio modificado tiene buen cuerpo y viscosidad. Tiene un rendimiento de impresión excelente y se seca rápidamente sin efectos secundarios. Debido a su pequeño tamaño de partícula, muestra una dispersión superior, transparencia, brillo y opacidad en productos de tinta. También tiene excelentes propiedades de absorción y secado de tinta. Como resultado, los productos impresos son finos y tienen puntos completos. Especialmente con el uso generalizado de aglutinantes de resina en la tinta, el carbonato de calcio modificado, con su excelente estabilidad, ha reemplazado casi a otros rellenos.
Pasta de Dientes
Guangdong Lafa Personal Care Products Co., Ltd. utiliza sílice para recubrir partículas de carbonato de calcio esféricas de tamaño micron. Esta modificación superficial del carbonato de calcio como abrasivo para pasta de dientes mejora su compatibilidad con el fluoruro. Con el mismo valor de desgaste, el carbonato de calcio modificado añadido a la pasta de dientes muestra una compatibilidad significativamente mejorada con el fluoruro.
Productos de Cuidado Personal
Agregar carbonato de calcio activo a escala nanométrica en cosméticos hace que el producto sea más fino y suave. Como aditivo, se usa en polvos fijadores para reducir el brillo, mejorar la adherencia a la piel y proporcionar propiedades moderadas de absorción de aceite y anti-sudor. Utilizado en polvos alisadores, no irrita la piel, proporciona un color uniforme y ofrece cierta cobertura.
Granito Artificial
El carbonato de calcio modificado en superficie, con un bajo valor de absorción de aceite, es una materia prima importante para la producción de piedra artificial.
Polvo Conductivo Compuesto
El carbonato de calcio modificado en superficie mejora la resistencia ácida en ambientes ácidos. Luego, el carbonato de calcio se combina con polianilina para preparar un polvo conductivo compuesto. Esto no solo confiere buena conductividad al carbonato de calcio, sino que también mejora los desafíos de procesamiento y moldeo de la polianilina pura. Tiene amplias perspectivas de aplicación.
Aceite Lubricante
Agregar carbonato de calcio activo modificado a escala nanométrica durante el proceso de digestión reduce el impacto negativo de los surfactantes en los aceites lubricantes. Mejora la estabilidad de dispersión del carbonato de calcio a escala nanométrica en aceites lubricantes, mejorando sus propiedades anti-desgaste y de reducción de fricción.
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