Caracteristicile carbonatului de calciu activ și ale carbonatului de calciu modificat și modificatorii comuni

Carbonatul de calciu utilizat ca material de umplutură, dacă nu este tratat la suprafață, va avea o afinitate slabă cu polimerii organici, putând provoca cu ușurință o dispersie inegală în polimeri, rezultând defecte la interfața celor două materiale, așadar este necesară îmbunătățirea performanței de aplicare a materialelor de umplutură cu carbonat de calciu.

Activ carbonat de calciu (cunoscut și sub denumirea de carbonat de calciu modificat) este fabricat din pulbere obișnuită de carbonat de calciu (carbonat de calciu greu și carbonat de calciu ușor) ca material de bază, iar suprafața pulberii anorganice este modificată și activată prin utilizarea unor surfactanți multifuncționali și a unor agenți auxiliari de procesare de înaltă eficiență. Pulberea de carbonat de calciu modificată formează o structură specială de acoperire pe suprafața sa, care poate îmbunătăți semnificativ dispersabilitatea și afinitatea în matricea polimerică, cum ar fi poliolefina, și poate produce o interacțiune la interfață cu matricea polimerică, astfel încât să îmbunătățească rezistența la impact a produsului. Este un tip de umplutură incrementală cu performanțe excelente.

Când carbonatul de calciu este tratat cu un surfactant, deoarece carbonatul de calciu este o substanță anorganică, acesta are o afinitate mare cu gruparea hidrofilă a surfactantului, iar combinația chimică dintre acestea este similară cu legătura chimică, iar gruparea oleofilă este direcționată către suprafața particulelor de carbonat de calciu pentru a forma o singură peliculă moleculară. Acesta este principiul de bază al producerii carbonatului de calciu activ, astfel încât umplutura tratată se schimbă de la hidrofilă la lipofilă și are o afinitate bună pentru compuși organici precum rășinile. Trebuie subliniat faptul că, pe lângă surfactanți, agenții de cuplare organici și diverși modificatori dezvoltați în ultimii ani pot fi utilizați pentru tratamentul de suprafață al carbonatului de calciu. Toți carbonatii de calciu tratați cu aceste substanțe pot fi denumiți în general carbonat de calciu activ.

Carbonatul de calciu activ este prezent în produsele din cauciuc și plastic, având o anumită întărire, îmbunătățește compatibilitatea dintre umplutura anorganică și rășină, îmbunătățind astfel proprietățile mecanice ale produselor, proprietățile de procesare, stabilitatea termică a materialelor compozite și obținând performanțe ridicate de umplere. Folosit pentru țevi din PVC, plăci, materiale pentru cabluri etc., poate îmbunătăți stabilitatea termică a materialelor compozite, finisajul suprafeței, cantitatea de umplere, reduce cantitatea de rășină și costurile. Poate fi utilizat și pentru PP, PE, cauciuc și așa mai departe.

Calciul ușor a fost principalul material de bază în producția inițială de carbonat de calciu activ. Deoarece procesul de producție a calciului ușor este complex, prețul este ridicat, iar producția de calciu ușor provoacă poluarea mediului, tendința din ultimul deceniu este de a înlocui treptat calciul ușor cu calciu greu. Raportul dintre calciul greu și calciul ușor în țările dezvoltate este de aproximativ 14-18:1, semnificativ mai mare decât cel din China. Odată cu dezvoltarea industriilor conexe, în domeniile de aplicare menționate mai sus, raportul de dozare dintre calciul greu și calciul ușor în China a ajuns treptat la 8-12 ori.

Modificatori și metode de tratament utilizate în mod obișnuit

Pentru carbonatul de calciu greu, modificatorii de suprafață utilizați în mod obișnuit sunt acidul esteric dur și sărurile sale, agenții de cuplare etc.

1. Acid stearic și sărurile sale

Metoda de modificare utilizată în mod obișnuit este uscarea carbonatului de calciu, îndepărtarea apei și efectuarea procesului în echipamentul de modificare. Uscarea este controlată la 100-110 ℃, iar timpul este de 0,5-1,0 h sau mai puțin. Calciul greu uscat este adăugat în echipamentul de modificare, iar acidul esteric dur sau sarea acestuia este adăugată sub agitare. Cantitatea de acid stearic este de aproximativ 0,8-1,0% din calitatea carbonatului de calciu. Temperatura de reacție este controlată la aproximativ 100 ℃, timpul este de 15-30 min, iar produsul poate fi ambalat după finalizare.

Carbonatul de calciu modificat cu acid stearic sau stearat are un efect de armare destul de bun și poate înlocui materialele de umplutură de negru de fum și negru de fum alb. Materialul de umplutură de carbonat de calciu modificat poate îmbunătăți rezistența la impact a produselor din plastic și poate înlocui parțial dioxidul de titan în industria acoperirilor.

2. Agent de cuplare

2.1 Agent de cuplare titanatConform structurii moleculare și configurației agentului de cuplare a suprafeței minerale, agentul de cuplare titanat poate fi împărțit în trei tipuri: monoalcoxi, chelat și coordonator.

Tip monoalcoxi: Pe lângă esterul pirofosfat, din cauza rezistenței slabe la apă, agentul de cuplare poate fi diluat doar cu solvent organic sau plastifiant anhidru inert. Raportul masic dintre solvent și agentul de cuplare trebuie să fie mai mare de 1. După agitare completă și dizolvare, se picură sau se pulverizează pe suprafața pulberii de calciu grele pre-uscate pentru a se amesteca bine și se amestecă într-un echipament modificat la 90-100 ℃ timp de mai mult de 15 minute. De asemenea, se poate adăuga carbonat de calciu în solventul care conține agent de cuplare pentru a se amesteca uniform. Agentul de cuplare va fi învelit în calciu greu și se va îndepărta excesul de solvent.

Tip de chelare: rezistență bună la apă, poate fi acoperit cu pulbere grea de calciu în fază apoasă, dar majoritatea sunt insolubile în apă. Se pot utiliza solvenți pe bază de apă, surfactanți sau agitare rapidă pentru a promova emulsificarea și dispersia în apă. Titanații care conțin grupări fosfat, pirofosfat și acid sulfonic pot fi aminați cuaternar cu reactivi aminici și dizolvați în apă. De exemplu, atunci când se modifică pulberea de carbonat de calciu cu agentul de cuplare chelant KR-138S, se amestecă 1 parte KR-138S și 0,5 părți trietilamină pentru a obține sare de amină cuaternară, se dispersează 600 părți apă, se adaugă 200 părți carbonat de calciu, se amestecă bine, se deshidratează și se usucă.

Coordonare: Utilizarea agenților de cuplare prin coordonare și a tipurilor de chelat este similară, deoarece rezistența la apă este bună și majoritatea sunt insolubile în apă, astfel încât pot fi dizolvate în solvenți organici și apoi acoperite cu pulbere de carbonat de calciu.

Cantitatea de agent de cuplare titanat este de aproximativ 0,5-3,0% din masa de carbonat de calciu. Pulberea grea de calciu tratată cu agent de cuplare titanat are o bună compatibilitate cu moleculele de polimer. Deoarece poate forma o punte moleculară între moleculele de carbonat și moleculele de polimer, crește interacțiunea dintre polimerii organici sau rășinile și carbonatul de calciu și, în mod corespunzător, îmbunătățește proprietățile mecanice ale compozitelor termoplastice, cum ar fi rezistența la impact, rezistența la tracțiune, rezistența la încovoiere și alungirea.

2.2 Agent de cuplare aluminatMetoda de modificare a agentului de cuplare aluminat este similară cu metoda de modificare a altor agenți de cuplare. Pulberea grea de calciu este plasată într-un echipament modificat la 100-130 °C, uscată sub agitare timp de aproximativ 10 minute, apoi adăugată la agentul de cuplare măsurat de trei ori. La fiecare interval de timp de 2-3 minute, după adăugare, se agită timp de 5 minute. Cantitatea de agent de cuplare aluminat este de aproximativ 1%-2% din masa de meganat de calciu. Efectul de îmbunătățire al agentului de cuplare aluminat asupra producției de calciu este comparabil cu cel al agentului de cuplare titanat și superior acidului stearic și sării sale. În plus, agentul de cuplare aluminat este ieftin, are o culoare deschisă și nu afectează albul produsului.

Prin compararea datelor experimentale, s-a constatat că efectul de modificare al agentului de cuplare este mai bun decât cel al acidului stearic, în special al agentului de cuplare titanat. Datorită legăturii chimice dintre agentul de cuplare și gruparea hidroxil de pe suprafața carbonatului de calciu, o singură peliculă moleculară de agent de cuplare este acoperită pe suprafața carbonatului de calciu. Iar celălalt capăt al agentului de cuplare titanat este miscibil cu polimerul, astfel încât carbonatul de calciu este bine combinat cu PVC-ul, iar produsul are o elasticitate și o rezistență bună la impact.