Carbonato de calcio ultrafino Se refiere a partículas de carbonato de calcio con un tamaño de 0,02 a 0,1 μm. Es un nanomaterial rentable con efecto de tamaño y efecto de superficie.
Presenta excelente capacidad de refuerzo, transparencia, dispersabilidad, tixotropía y nivelación. El carbonato de calcio activo ultrafino, como relleno funcional, mejora significativamente la calidad del producto mediante el endurecimiento y el refuerzo.
A medida que las partículas de carbonato de calcio se hacen más pequeñas, su energía superficial aumenta. Esto refuerza la adsorción entre partículas. Provoca una aglomeración severa, lo que limita sus aplicaciones industriales.
Por lo tanto, modificación de la superficie El uso de carbonato de calcio ultrafino para producir carbonato de calcio activo, mejorando su compatibilidad con matrices orgánicas, se ha convertido en la clave para mejorar el rendimiento de su aplicación.
Los métodos de modificación de la superficie de carbonato de calcio ultrafino Se pueden dividir en dos categorías principales.
La modificación de la superficie física incluye principalmente recubrimiento y adsorción.
La modificación química de la superficie abarca la sustitución, la polimerización y el injerto.
Los métodos comunes son la reacción química local, el recubrimiento de superficies, la mecanoquímica, la radiación de alta energía y la modificación del relleno del masterbatch.
Modificación de la reacción química local
Este método utiliza grupos funcionales en la superficie del carbonato de calcio ultrafino para reaccionar con modificadores de superficie (como agentes orgánicos, inorgánicos y de acoplamiento) y lograr la modificación. Incluye proceso seco y proceso húmedo:
- Proceso seco:
El carbonato de calcio ultrafino y el modificador se mezclan en una amasadora de alta velocidad. Este método es sencillo y económico, adecuado para agentes de acoplamiento, pero la uniformidad del recubrimiento es limitada. Se aplica principalmente cuando no se requiere una alta calidad del producto. - Proceso húmedo:
Consiste en añadir modificadores a una suspensión ultrafina de carbonato de calcio a temperatura controlada. El modificador recubre la superficie del carbonato de calcio para formar una estructura de doble capa. Comparado con el proceso en seco, ofrece mayor uniformidad, pero es un proceso más complejo. Se utilizan comúnmente surfactantes hidrosolubles, como ácidos grasos y sus sales.
La modificación de la reacción química local a menudo combina diferentes modificadores (agentes de acoplamiento, agentes inorgánicos y orgánicos), evitando la aglomeración de nanopartículas, mejorando la distribución del tamaño de partícula y la fluidez y mejorando el rendimiento mecánico.
Modificación del recubrimiento de superficies
Este método recubre partículas con surfactantes u otros agentes mediante fuerzas físicas como la interacción de van der Waals, sin reacciones químicas. Durante la preparación de nanopartículas, los surfactantes pueden recubrir simultáneamente el carbonato de calcio, produciendo nanopartículas uniformes.
Modificación mecanoquímica
Este método aplica fuertes fuerzas mecánicas para activar la superficie de la partícula, alterando su estructura cristalina y sus propiedades superficiales, y mejorando la reactividad con modificadores orgánicos e inorgánicos. Es rentable y sencillo, pero más eficaz para partículas más grandes que el carbonato de calcio nanométrico. En el caso de las nanopartículas, la combinación de métodos mecanoquímicos con otras técnicas mejora la eficiencia de la modificación superficial.
Modificación de superficies de alta energía
Se utiliza radiación de alta energía (rayos X, rayos γ) o tratamiento con plasma para activar la superficie, creando sitios activos para la polimerización por injerto con monómeros reactivos, formando así una capa de recubrimiento orgánico. La modificación con plasma ofrece alta temperatura, alta densidad energética y la capacidad de iniciar reacciones difíciles en condiciones convencionales. Sin embargo, debido a los altos costos, la complejidad del proceso y la inestabilidad de los resultados, su aplicación industrial es limitada.
Modificación del relleno de masterbatch
Este método mezcla masterbatch de resina, carbonato de calcio y surfactantes, seguido de la mezcla, plastificación y granulación. Durante la preparación del masterbatch, se modifica simultáneamente la superficie, lo que mejora la dispersión y la compatibilidad con las resinas. Esto previene la aglomeración, mejora la estabilidad mecánica y simplifica la producción. También se pueden añadir cargas funcionales para preparar masterbatch funcionales especializados.
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