Modificación superficial del carbonato de calcio es una tecnología de procesamiento crucial para mejorar su rendimiento de aplicación, versatilidad y expansión del mercado. Actualmente, existen cinco métodos principales: tratamiento superficial inorgánico, modificación superficial orgánica, modificación superficial de polímeros, modificación mecánico-química y modificación superficial de alta energía. Los efectos de la modificación se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:
Mejorar la dispersabilidad del carbonato de calcio
Procesamiento ultrafino es una forma importante de mejorar la calidad del carbonato de calcio. Sin embargo, cuanto menor es el tamaño de partícula del carbonato de calcio, mayor es la energía superficial, mayor la adsorción y más severa la aglomeración.
Seleccionar agentes de tratamiento superficial y métodos de activación apropiados puede mejorar la dispersión del producto y prevenir la agregación secundaria.
De lo contrario, si las partículas se aglomeran, el tamaño de partícula real del producto de carbonato de calcio será mucho mayor que el de las partículas originales.
En el procesamiento de plásticos, con una fuerza de cizallamiento de mezcla limitada, es difícil romper los aglomerados, lo que lleva a defectos locales. En este caso, el efecto de la aplicación puede ser peor que el de un activo ordinario carbonato de calcio.
Compatibilidad mejorada del carbonato de calcio
A través de la modificación superficial del carbonato de calcio, se puede mejorar su compatibilidad interfacial y afinidad con los materiales orgánicos, mejorando así el rendimiento de su producto en compuestos como caucho o plásticos.
Cuando se utiliza ácido esteárico y agentes de acoplamiento para el tratamiento superficial del nanocarbonato de calcio, este tipo de activación mejora la compatibilidad del polvo en los polímeros. Sin embargo, no aborda completamente la dispersión en el caucho durante el proceso de vulcanización. Se necesita una fuerte acción mecánica para una dispersión eficaz. Se deben sintetizar nuevos agentes de tratamiento superficial y dispersantes para el nanocarbonato de calcio basados en los principios de la ciencia de los polímeros.
Impartir funcionalidad al carbonato de calcio
A través de la modificación superficial, el carbonato de calcio puede transformarse de un simple relleno a un modificador multifuncional, como:
- En plásticos, puede mejorar la estabilidad dimensional, la dureza y la rigidez de los productos plásticos, así como mejorar el rendimiento del procesamiento y la resistencia al calor.
- Como relleno en caucho, aumenta el volumen, reduce costos y mejora el procesamiento y el rendimiento de vulcanización.
- En la fabricación de papel, sirve como relleno para papel, pigmento blanco para papel recubierto y relleno para papel de calcio-plástico.
- En recubrimientos, actúa como relleno proporcionando una estructura de marco, por lo que se llama “pigmento extensor”. En recubrimientos a base de aceite, la cantidad de relleno puede alcanzar el 10–50%, mientras que en recubrimientos a base de agua, puede alcanzar el 10–20%.
Reducir el valor de absorción de aceite del carbonato de calcio
Cuanto menor sea el valor de absorción de aceite, mejor. Si el valor de absorción de aceite es demasiado alto, puede causar una absorción excesiva de plastificantes durante la mezcla, aumentando la viscosidad del sistema y afectando el procesamiento de la resina. Esto también aumenta la cantidad de plastificante requerida, lo que incrementa los costos del producto. Por lo tanto, reducir el valor de absorción de aceite es clave para mejorar su rendimiento en aplicaciones. Actualmente, los productos de carbonato de calcio con bajos valores de absorción de aceite tienen una clara ventaja en el mercado. La modificación superficial es un método importante para reducir el valor de absorción de aceite de los polvos. Después de modificación superficial, la polaridad del carbonato de calcio se reduce, la fricción entre partículas disminuye y la lubricidad mejora. Como resultado, las partículas se empaquetan más apretadamente, aumentando la densidad aparente y reduciendo el valor de absorción de aceite.
Incrementar el valor añadido del carbonato de calcio
Actualmente, hay una sobreoferta de carbonato de calcio ordinario y la competencia de precios bajos es intensa. El carbonato de calcio modificado mediante tratamiento superficial muestra un rendimiento significativamente mejorado, proporcionando una mejor experiencia al usuario, lo que naturalmente aumenta su valor. Por supuesto, el aumento de precio tras la modificación varía según el tamaño de partícula del carbonato de calcio.
Tipos de modificadores de Nano Carbonato de Calcio
Los métodos de modificación del nano-carbonato de calcio generalmente involucran reacciones de grafting y acoplamiento. Dependiendo de la estructura y características, los modificadores pueden clasificarse en surfactantes, agentes de acoplamiento, polímeros y sustancias inorgánicas.
Surfactantes
Actualmente, los surfactantes de uso común incluyen ácidos grasos, fosfatos y polímeros.
Los modificadores de ácidos grasos tienen una estructura de cadena larga en un extremo de la molécula, similar a los polímeros. Según el principio de similitud, pueden compatibilizar mejor con matrices poliméricas. Los grupos polares, como los grupos carboxilo, en el otro extremo de la molécula pueden adsorberse física o químicamente en la superficie de materiales inorgánicos como el nano-carbonato de calcio.
Los fosfatos modifican principalmente el nano-carbonato de calcio reaccionando los iones de fosfato con los iones de calcio para formar una capa de fosfato en la superficie, mejorando la afinidad por el aceite y las propiedades hidrofóbicas de la superficie.
Los polímeros modifican controlando el tamaño de partícula de las nanopartículas y alterando su estado superficial. Los polímeros que contienen grupos sulfonicos o carboxílicos pueden servir como modificadores y se usan típicamente en formas de grupos ionizables.
Agente de acoplamiento
Los agentes de acoplamiento modifican usando dos grupos funcionales diferentes en la molécula para reaccionar químicamente o entrelazarse físicamente con los grupos funcionales en la superficie del carbonato de calcio, combinando así dos materiales con propiedades distintas. Esto forma un puente molecular en la superficie del nano-carbonato de calcio, mejorando su compatibilidad con materiales orgánicos.
Los agentes de acoplamiento de titanato y aluminate son actualmente los tipos más utilizados para modificar el nano-carbonato de calcio.
Polímeros y inorgánicos
Los polímeros se modifican mediante la adsorción en la superficie de carbonato de calcio, formando una capa de adsorción física o química. Esta capa confiere características de carga, evitando la aglomeración y mejorando la dispersión.
Los electrolitos inorgánicos, como modificadores, se adsorben en la superficie del nano-carbonato de calcio.
Incrementan significativamente el valor absoluto del potencial superficial del nano-carbonato de calcio. Al mismo tiempo, se mejora la mojabilidad de la superficie del nano-carbonato de calcio con agua, lo que en parte previene la aglomeración en agua.
Los modificadores electrolitos inorgánicos comunes incluyen aluminate de sodio, silicato de sodio, alúmina y fosfatos condensados.
conclusión
El polvo de carbonato de calcio modificado, como una industria con alto contenido tecnológico y valor añadido, ha logrado resultados significativos en múltiples campos. No solo transforma abundantes recursos minerales inorgánicos no metálicos en ventajas económicas, sino que también mejora la calidad y competitividad de los productos en industrias relacionadas.
Al desarrollar rellenos funcionales de carbonato de calcio, debemos centrarnos en su rentabilidad, reduciendo los costos de las materias primas plásticas. Al mismo tiempo, debemos explorar su funcionalidad y beneficios ambientales en los productos, pasando de la búsqueda de beneficios a un nuevo ámbito de desarrollo sostenible.
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