Carbonato de cálcio ultrafino refere-se a partículas de carbonato de cálcio com tamanho de 0,02–0,1 μm. É um nanomaterial econômico com efeito de tamanho e efeito de superfície.
Apresenta excelente capacidade de reforço, transparência, dispersibilidade, tixotropia e desempenho de nivelamento. Especialmente o carbonato de cálcio ativo ultrafino, como carga funcional, melhora significativamente a qualidade do produto por meio de tenacidade e reforço.
À medida que as partículas de carbonato de cálcio ficam menores, sua energia superficial aumenta. Isso fortalece a adsorção entre as partículas. Isso causa aglomeração severa, o que limita suas aplicações industriais.
Portanto, modificação de superfície de carbonato de cálcio ultrafino para produzir carbonato de cálcio ativo, aumentando sua compatibilidade com matrizes orgânicas, tornou-se a chave para melhorar seu desempenho de aplicação.
Os métodos de modificação de superfície de carbonato de cálcio ultrafino podem ser divididos em duas categorias principais.
A modificação física da superfície inclui principalmente revestimento e adsorção.
A modificação química da superfície abrange substituição, polimerização e enxerto.
Os métodos comuns são reação química local, revestimento de superfície, mecanoquímico, radiação de alta energia e modificação de enchimento masterbatch.
Modificação de reação química local
Este método utiliza grupos funcionais na superfície do carbonato de cálcio ultrafino para reagir com modificadores de superfície (como agentes orgânicos, agentes inorgânicos e agentes de acoplamento) para obter a modificação. Inclui processo seco e processo úmido:
- Processo Seco:
O carbonato de cálcio ultrafino e o modificador são misturados em um amassador de alta velocidade. Este método é simples e econômico, adequado para agentes de acoplamento, mas a uniformidade do revestimento é limitada. É aplicado principalmente quando não é necessária alta qualidade do produto. - Processo úmido:
Envolve a adição de modificadores a uma suspensão ultrafina de carbonato de cálcio sob temperatura controlada. O modificador reveste a superfície do carbonato de cálcio, formando uma estrutura de camada dupla. Comparado ao processo a seco, oferece melhor uniformidade, mas é um processo mais complexo. Surfactantes solúveis em água, como ácidos graxos e seus sais, são comumente utilizados.
A modificação de reações químicas locais geralmente combina diferentes modificadores (agentes de acoplamento, agentes inorgânicos e orgânicos), prevenindo a aglomeração de nanopartículas, melhorando a distribuição do tamanho das partículas e a fluidez, e aprimorando o desempenho mecânico.
Modificação do revestimento de superfície
Este método reveste partículas com surfactantes ou outros agentes por meio de forças físicas, como a interação de van der Waals, sem reações químicas. Durante a preparação das nanopartículas, os surfactantes podem revestir carbonato de cálcio simultaneamente, produzindo nanopartículas uniformes.
Modificação Mecanoquímica
Este método aplica fortes forças mecânicas para ativar a superfície da partícula, alterando sua estrutura cristalina e propriedades superficiais, e melhorando a reatividade com modificadores orgânicos/inorgânicos. É econômico e simples, mas mais eficaz para partículas maiores do que o carbonato de cálcio nanométrico. Para nanopartículas, a combinação de métodos mecanoquímicos com outras técnicas aumenta a eficiência da modificação da superfície.
Modificação de superfície de alta energia
Radiação de alta energia (raios X, raios gama) ou tratamento com plasma são utilizados para ativar a superfície, criando sítios ativos para polimerização por enxerto com monômeros reativos, formando uma camada de revestimento orgânico. A modificação por plasma oferece alta temperatura, alta densidade de energia e a capacidade de iniciar reações difíceis em condições convencionais. No entanto, devido aos altos custos, à complexidade do processo e aos resultados instáveis, a aplicação industrial é limitada.
Modificação do Masterbatch Filler
Este método mistura masterbatch de resina, carbonato de cálcio e surfactantes, seguido de blendagem, plastificação e granulação. Durante a preparação do masterbatch, a modificação da superfície ocorre simultaneamente, melhorando a dispersão e a compatibilidade com as resinas. Isso evita a aglomeração, melhora a estabilidade mecânica e simplifica a produção. Cargas funcionais também podem ser adicionadas para preparar masterbatch funcionais especializados.
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