Nano carbonato de calcio Se refiere a un relleno inorgánico funcional con un tamaño de partícula de 1 a 100 nm. Se utiliza ampliamente en caucho, plásticos, fabricación de papel, tintas, recubrimientos, selladores y adhesivos, productos farmacéuticos, pastas dentales, alimentos y otros sectores. Sin embargo, cada aplicación tiene requisitos específicos en cuanto a la distribución del tamaño de partícula, la forma cristalina, el valor de absorción de aceite, la dispersión y otras propiedades.
Aplicación de nanocarbonato de calcio en plásticos
En el procesamiento y fabricación de plásticos, el carbonato de calcio común sólo se puede utilizar como relleno general. Carbonato de calcio nano modificadoSin embargo, puede funcionar no solo como relleno, sino también como activador y agente de refuerzo. Puede aumentar el volumen del producto, mejorar la dureza y la resistencia, optimizar el rendimiento del procesamiento y mejorar la resistencia térmica, la resistencia a la flexión, el módulo elástico y otras propiedades mecánicas de los productos plásticos.
El nanocarbonato de calcio se utiliza ampliamente en PVC, PS, PP y otros plásticos. Entre ellos, el PVC es el que se consume en mayor cantidad, especialmente en productos como alambres, cables y tuberías. El nanocarbonato de calcio proporciona excelentes efectos de refuerzo y endurecimiento del PVC. Sus características a escala nanométrica permiten que los productos de PVC procesados presenten mayor resistencia, propiedades de barrera, resistencia al fuego, estabilidad térmica y rendimiento mecánico general.
Requisitos técnicos del nanocarbonato de calcio para la industria del plástico
- valor de absorción de aceiteGeneralmente se requiere un valor bajo. Debido al pequeño tamaño de partícula y la gran superficie específica del nanocarbonato de calcio, un valor alto de absorción de aceite aumenta el consumo de plastificante durante la composición, eleva la viscosidad del sistema, empeora el rendimiento del procesamiento y aumenta los costos de producción.
- Forma cristalinaPrincipalmente cúbicos o esféricos. Estas formas cristalinas presentan baja resistencia al flujo, son fáciles de procesar y no afectan negativamente el brillo superficial de los productos plásticos.
- Tamaño de partícula: Normalmente se controla alrededor de 100 nm. Si el tamaño de partícula es demasiado grande, no se puede lograr el efecto nanométrico y la apariencia del producto puede verse afectada; si es demasiado pequeño, aumenta la energía superficial, se produce una aglomeración severa, se dificulta la dispersión y pueden aparecer defectos superficiales.
- DispersiónUna alta dispersabilidad es esencial. Una aglomeración severa da lugar a partículas secundarias de tamaño mucho mayor que las primarias. Dado que las fuerzas de cizallamiento durante la composición de plásticos son limitadas, una nanodispersión de carbonato de calcio puede causar defectos locales y problemas de calidad.
- Contenido de humedadNo debe exceder 0,51 TP3T. El exceso de humedad puede causar burbujas o huecos en las superficies plásticas.
- valor de pH:Debe controlarse por debajo de 10. Un pH alto afecta negativamente la blancura y el brillo de la superficie, empeora la apariencia, aumenta la viscosidad del sistema y perjudica el procesamiento.
Entre todos los rellenos minerales no metálicos utilizados en plásticos, el carbonato de calcio representa la mayor proporción, aproximadamente entre el 60 y el 701 % del total de aditivos plásticos. Sin embargo, persisten desafíos en aplicaciones de alto rendimiento, en particular para abordar la nanoaglomeración del carbonato de calcio, mejorar la dispersión y aumentar la resistencia de la unión interfacial en compuestos.
Aplicación de nanocarbonato de calcio en caucho
En la industria del caucho, el nanocarbonato de calcio se utiliza principalmente en neumáticos, alambres, cables y productos de caucho. Aumenta el volumen, reduce los costos y mejora el rendimiento del procesamiento. Actualmente, el carbonato de calcio pesado y el carbonato de calcio ligero ordinario son los más utilizados, pero su ámbito de aplicación se está expandiendo. Los productos de caucho que contienen nanocarbonato de CaCO₃ presentan una elongación, resistencia a la compresión, resistencia a la flexión y resistencia al desgarro significativamente mejores que los que utilizan carbonato de calcio ordinario.
El nanocarbonato de calcio tratado mediante procesos especiales posee una alta actividad superficial. Bajo la radiación ultravioleta, libera electrones que reaccionan fácilmente con el oxígeno o sustancias orgánicas, eliminando bacterias y virus. Por lo tanto, el nanocarbonato de CaCO₃ también presenta propiedades antibacterianas y desinfectantes.
Aplicaciones específicas
- LlantasEl nanocarbonato de calcio puede sustituir parcialmente al negro de humo y al negro de humo blanco en la producción de neumáticos. Sin embargo, debido a su menor capacidad de refuerzo, se utiliza principalmente en zonas de baja tensión, como flancos, compuestos de carcasa, revestimientos interiores y capas de amortiguación. Combinado con óxido de zinc activo, puede mejorar significativamente la resistencia del compuesto de la banda de rodadura.
- Mangueras y correas de goma:Proporciona principalmente refuerzo, blanqueamiento y mejora la dispersión de los compuestos de caucho.
- Alambres y cables:Se utiliza principalmente en fundas protectoras y compuestos de caucho para cables de minería, cables de alto voltaje y cables marinos.
Requisitos técnicos para la industria del caucho
- valor de absorción de aceiteGeneralmente se requiere un valor alto. Un valor más alto de absorción de aceite mejora la humectación y el refuerzo del caucho.
- Forma cristalina:Principalmente estructuras en forma de cadena o enlazadas entre sí, que se entrelazan durante el procesamiento y mejoran la resistencia del sistema.
- Tamaño de partícula: Típicamente de 80 a 120 nm. Las partículas más grandes no proporcionan suficiente refuerzo, mientras que las más pequeñas aumentan el área de contacto, lo que dificulta la dispersión y dificulta la mezcla.
- Contenido de humedadNo debe exceder 0,51 TP3T. El exceso de humedad prolonga el tiempo de quemado y afecta negativamente la eficiencia de la vulcanización.
- valor de pHGeneralmente se controla entre 9,5 y 10,5. Un pH bajo ralentiza la vulcanización, reduce la eficiencia y aumenta el consumo de energía.
La adición de nanocarbonato de calcio mejora significativamente el refuerzo del caucho, a la vez que mejora la resistencia al envejecimiento, la resistencia al aceite y la dispersión. Si bien su efecto reforzante es superior al del carbonato de calcio ligero común, sigue siendo inferior al del negro de humo y al negro de humo blanco. Su reemplazo completo puede reducir la resistencia y provocar el atascamiento de los rodillos si se usa en exceso, lo que requiere una optimización cuidadosa de la formulación.
Aplicación de nanocarbonato de calcio en adhesivos
Los adhesivos se componen principalmente de resina base, agentes de curado, rellenos, agentes de acoplamiento y catalizadores. Con el rápido desarrollo de los materiales inmobiliarios, de embalaje y de construcción, el consumo de adhesivos ha aumentado significativamente. El nanocarbonato de calcio, como relleno importante, ofrece bajo coste y buena compatibilidad. Acelera la reticulación, mejora la tixotropía, la adhesión, la resistencia a la tracción y el refuerzo.
Actualmente, su aplicación en selladores de silicona es relativamente avanzada, mientras que su uso en adhesivos de poliuretano se encuentra aún en etapas iniciales. Los adhesivos de poliuretano ofrecen excelente adhesión, resistencia al envejecimiento, pintabilidad superficial y respeto al medio ambiente, lo que los hace ventajosos en numerosas aplicaciones.
Requisitos técnicos para la industria de adhesivos
- valor de absorción de aceiteUn parámetro clave, especialmente para los selladores de silicona. Una mayor absorción de aceite mejora las propiedades mecánicas y la tixotropía, pero aumenta la viscosidad y el consumo de aditivos, lo que incrementa los costos. Los requisitos varían según la formulación.
- Forma cristalina:Generalmente cúbico o romboédrico, compatible con los requisitos del producto y equipo.
- Tamaño de partícula: Normalmente, de 60 a 100 nm. Las partículas más grandes reducen el rendimiento mecánico y la tixotropía, lo que provoca descolgamiento; las partículas más pequeñas se aglomeran fácilmente, lo que dificulta el amasado y causa defectos superficiales.
- Contenido de humedad: Debe ser lo más bajo posible, generalmente inferior a 0,51 TP3T. Un alto nivel de humedad aumenta los grupos hidroxilo, promueve la agregación, aumenta la viscosidad, prolonga el tiempo de mezclado, reduce el rendimiento, aumenta el consumo de energía y puede causar la formación de espuma en los adhesivos de poliuretano debido a la generación de CO₂.
- valor de pHEl carbonato de calcio es ligeramente alcalino (pH 8-10). Un control inadecuado puede provocar un rebote de alcalinidad, lo que provoca reacciones con componentes ácidos, defectos superficiales y una reducción de las propiedades mecánicas.
- Área de superficie específica: Normalmente, 20–25 m²/g. Una superficie excesiva mejora el refuerzo, pero empeora el rendimiento de la extrusión y la dispersión.
Aplicación de nanocarbonato de calcio en recubrimientos
El carbonato de calcio pesado, el carbonato de calcio ligero y el nanocarbonato de calcio se utilizan ampliamente en recubrimientos. En comparación con los rellenos convencionales, el nanocarbonato de CaCO₃ proporciona un mejor refuerzo, mejora el poder cubriente, el brillo, la transparencia, el secado rápido y la estabilidad. En algunas aplicaciones, como recubrimientos automotrices y arquitectónicos, puede sustituir parcial o totalmente al dióxido de titanio para reducir costos.
Requisitos técnicos para sistemas de plastisol de PVC
- valor de absorción de aceiteGeneralmente baja. Una alta absorción de aceite aumenta la viscosidad y la demanda de plastificante, lo que eleva los costos, aunque los requisitos varían según el producto.
- Forma cristalina:Típicamente cúbico.
- Tamaño de partículaGeneralmente, de 60 a 100 nm. Las partículas más grandes reducen la viscosidad y el rendimiento mecánico; las más pequeñas causan aglomeración, mala dispersión, defectos superficiales y un aumento de la viscosidad y el valor de fluencia.
Los requisitos adicionales incluyen buena tixotropía (adelgazamiento por cizallamiento a alto cizallamiento y espesamiento a bajo cizallamiento), alto valor de rendimiento y calidad estable para evitar el descuelgue y garantizar la resistencia del recubrimiento.
Aplicación de nanocarbonato de calcio en tintas
Las tintas se componen de pigmentos, aglutinantes, rellenos y aditivos. El nanocarbonato de calcio modificado es altamente compatible con los aglutinantes y ofrece alto brillo, gran estabilidad, buena adaptabilidad y no afecta negativamente al secado ni al rendimiento de impresión. Mejora la calidad de la tinta y reduce los costos.
Requisitos de rendimiento de las tintas
- Excelente dispersión, absorción, transparencia, brillo, poder cubriente y capacidad de impresión.
- Forma cristalina predominantemente cúbica para baja absorción de aceite, buena fluidez y fácil dispersión.
- El tamaño de partícula generalmente es de 20 a 100 nm; la fluidez depende de la forma del cristal y de la distribución del tamaño.
- Alto brillo, logrado mediante una distribución estrecha del tamaño de partículas y una disposición ordenada en las películas de tinta.
- Menor requerimiento de blancura para facilitar la coloración.
Nano CaCO₃ mejora la suavidad, estabilidad, capacidad de impresión, cobertura y absorción de la tinta, promoviendo un secado rápido.
Aplicación del nanocarbonato de calcio en la fabricación de papel
Aplicaciones principales
- Relleno para fabricación de papel:El tamaño de partícula pequeño uniforme reduce el desgaste del equipo, mejora la suavidad, la blancura, el brillo y la opacidad del papel, reduce el consumo de pulpa, disminuye los costos y beneficia la protección del medio ambiente.
- Papel de fumar: Añadido a 45–50%. El alto índice de refracción mejora la opacidad; la liberación de CO₂ durante la combustión regula la velocidad, estabiliza las cenizas, aumenta la permeabilidad y reduce el contenido de alquitrán.
- Papel sanitario de alta gama:Ampliamente utilizado en productos de higiene femenina, pañales y artículos similares para producir películas de polietileno transpirables pero impermeables con textura fina y propiedades amigables con la piel.
- Recubrimiento de papelSe suministra en suspensión para reducir el consumo de energía, eliminar el polvo y simplificar los procesos. Mejora el brillo, la blancura, la suavidad, la resistencia superficial y la absorción de tinta.
Los requisitos de forma cristalina varían según la aplicación: fusiforme, similar a una cadena o esférica para rellenos; fusiforme o similar a una aguja para papel de cigarrillos; fusiforme, similar a una placa o cúbica para recubrimientos.
Si bien el nanocarbonato de calcio tiene un gran potencial de desarrollo en la fabricación de papel, los productos de alta gama aún dependen de las importaciones debido a dificultades técnicas. Con la transición de procesos de fabricación de papel ácidos a neutros y alcalinos, las posibilidades de aplicación del nanocarbonato de calcio seguirán expandiéndose.
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— Publicado por Emily Chen