Carbonato de cálcio (CaCO₃) é um composto inorgânico comum. Na natureza, o carbonato de cálcio existe em diversas formas, como calcita, calcário, mármore, etc. É o principal componente de muitas rochas e minerais. Do ponto de vista químico, o carbonato de cálcio se decompõe em óxido de cálcio (CaO) e dióxido de carbono (CO₂) em altas temperaturas. Ele pode reagir com ácidos para produzir os sais correspondentes, dióxido de carbono e água. Então, qual o papel do carbonato de cálcio na indústria de plásticos? Quais são suas limitações?
Melhorar a resistência e a rigidez dos produtos plásticos
Carbonato de cálcio (CaCO₃) pode ser usado para melhorar as propriedades mecânicas dos produtos, incluindo rigidez, resistência à fratura, resistência à tração e resistência ao impacto. Por exemplo, o uso de carbonato de cálcio como agente de reforço na produção de filmes plásticos pode melhorar sua rigidez, aumentar significativamente a rigidez do filme e facilitar a ondulação plana do filme. Para filmes de poliéster alifático PBS, PLA e PHA, a adição de carbonato de cálcio pode melhorar o grau de isotropia. Também pode compensar suas deficiências de alta resistência longitudinal e baixa resistência transversal. Melhora significativamente a resistência ao rasgo.
Aumentar a estabilidade do produto
Melhore a estabilidade dimensional:
No processamento de produtos plásticos, tensões internas podem ser geradas devido ao resfriamento irregular ou a mudanças nas condições de processamento. O carbonato de cálcio possui baixo coeficiente de expansão térmica (3,0 × 10-6/°C) e baixa condutividade térmica, além de apresentar resistência ao calor estável. Quando adicionado a plásticos como carga, pode desempenhar um papel no suporte do esqueleto e reduzir o coeficiente de expansão térmica geral do material compósito. Isso reduz as tensões internas e as mudanças dimensionais causadas por mudanças de temperatura, melhorando assim a estabilidade dimensional. De modo geral, o efeito da estabilidade dimensional do carbonato de cálcio está amplamente relacionado à morfologia. Cargas esféricas apresentam excelentes efeitos, enquanto cargas granulares, escamosas e fibrosas são ligeiramente inferiores.
Melhorar a resistência ao calor：
Alguns produtos plásticos, como o PVC, apresentam baixa estabilidade térmica, não se mantendo estáveis em altas temperaturas e propensos à decomposição. O carbonato de cálcio não só utiliza sua própria boa estabilidade térmica, como também impede o movimento de cadeias moleculares orgânicas. Como resultado, a temperatura de cristalização do material compósito aumenta gradualmente, resultando em uma diminuição da cristalinidade em altas temperaturas. Consequentemente, a estabilidade térmica do material compósito é significativamente melhorada.
Melhorar as propriedades da superfície
A tensão superficial do filme plástico é uma de suas propriedades físicas importantes. Ela afeta diretamente os processos de processamento secundário, como impressão a tinta, adesão do revestimento e ligação com outros materiais.
Em termos gerais, a tensão superficial de um filme plástico depende da energia livre superficial. No entanto, a maioria dos filmes plásticos, como os de poliolefina (PEBD, PEAD, PEBDL, PP), são polímeros apolares. Sua energia livre superficial é baixa, a tensão superficial úmida é baixa e o revestimento não é fácil de aderir. A adição de carbonato de cálcio (CaCO₃) pode melhorar a rugosidade da superfície, aumentando assim a tensão superficial do material compósito. Além disso, proporciona excelente adsorção, melhorando as propriedades de revestimento e impressão do material compósito.
Como formador de poros
Partículas de carbonato de cálcio (CaCO₃) podem ser adicionadas à matriz polimérica como um "porógeno". Este material compósito é moldado ou soprado em um filme, que é então esticado. Isso pode causar descamação interfacial entre a matriz polimérica e as partículas de carbonato de cálcio, produzindo pequenos orifícios (cerca de 0,01 a 10 µm). Isso confere ao filme a função de ser respirável e impermeável à água.
Melhorar os benefícios ambientais
Efeito de supressão de fumaça:
O CaCO3 pode reagir com haletos de hidrogênio na fumaça para gerar CaCl2 estável, etc. Portanto, a dopagem de carbonato de cálcio em polímeros como cloreto de vinila, polietileno clorossulfonado e borracha de cloropreno, que produzem haletos de hidrogênio quando queimados, pode obter um bom efeito de supressão de fumaça. Ao mesmo tempo, os pequenos orifícios formados pelo carbonato de cálcio em plásticos também podem aumentar a área combustível em contato com o oxigênio, o que ajuda a promover uma incineração mais completa e reduzir a liberação de fumaça preta. No entanto, como a reação de combustão é uma reação heterogênea sólido-gás, ela só pode ser realizada na superfície de partículas sólidas. Portanto, o tamanho das partículas de CaCO3 torna-se um fator importante no efeito de supressão de fumaça. Apenas partículas minúsculas têm uma área de superfície específica muito maior. Quanto mais fino o tamanho das partículas de carbonato de cálcio, melhor o efeito de supressão de fumaça.
Promover a degradação:
Quando sacos plásticos de polietileno contendo carbonato de cálcio são enterrados no subsolo, o carbonato de cálcio pode reagir com dióxido de carbono e água, gerando Ca(HCO3)2 solúvel em água e se desprendendo do filme. Isso deixa pequenos orifícios no filme, aumentando a área de contato do filme plástico com o ar e os microrganismos circundantes, promovendo assim a degradação do produto.
Melhore o desempenho da formação de espuma
O carbonato de cálcio pode atuar como agente nucleante, absorvendo gás espumante para formar pequenos núcleos de bolhas no polímero. Também pode retardar a deformação e a mobilidade do fundido, inibindo assim a rápida expansão dos poros. Isso torna os poros mais finos, promove o efeito espumante e produz plásticos espumados.
O tamanho e a quantidade de carbonato de cálcio têm grande influência na promoção do desempenho de formação de espuma em materiais plásticos. Partículas muito pequenas são fáceis de aglomerar e não podem desempenhar o papel de um agente nucleante, enquanto partículas muito grandes não podem corresponder ao agente espumante. Portanto, seu tamanho geralmente precisa ser inferior a 5 μm, mas não é fácil de aglomerar. Em termos de quantidade adicionada, se a quantidade adicionada for muito baixa, pontos de nucleação insuficientes podem ser formados no fundido, resultando em uma baixa taxa de formação de espuma. Se a quantidade adicionada for muito alta, a resistência do fundido será muito baixa, resultando em muitas bolhas quebradas, o que também reduzirá a taxa de formação de espuma.
limitação
Embora o carbonato de cálcio desempenhe um grande papel, sua aplicação em produtos plásticos também apresenta algumas limitações, incluindo principalmente os seguintes aspectos:
- A adição de carbonato de cálcio pode reduzir certas propriedades dos produtos plásticos até certo ponto, como tenacidade e ductilidade.
- Devido às suas próprias propriedades físicas e químicas, o carbonato de cálcio pode não atender plenamente às necessidades de alguns produtos plásticos de alto desempenho com requisitos especiais. Por exemplo, em produtos plásticos com requisitos de transparência extremamente altos, a presença de carbonato de cálcio pode afetar a transparência do produto.
- A compatibilidade entre o carbonato de cálcio e a matriz plástica às vezes não é ideal, o que pode levar à resistência de ligação insuficiente da interface do material compósito. Isso afeta o desempenho geral do produto plástico.
- Além disso, a dispersibilidade do carbonato de cálcio é difícil de controlar em alguns casos. Se não for disperso uniformemente, pode causar diferenças no desempenho local do produto plástico.
Conclusão
No vasto mundo da modificação de plásticos, o carbonato de cálcio não é, de forma alguma, um coadjuvante comum, mas sim um especialista completo e merecido. No futuro, com o aprofundamento contínuo da pesquisa científica, o carbonato de cálcio certamente desbloqueará mais potencial no campo da modificação de plásticos. Ele injetará um fluxo constante de poder inovador na nova jornada da indústria do plástico rumo ao desenvolvimento sustentável, multifuncional e de alto desempenho, e escreverá um capítulo ainda mais brilhante.
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