Nano carbonato de cálcio Refere-se a um material de enchimento inorgânico funcional com tamanho de partícula de 1 a 100 nm. É amplamente utilizado em borracha, plásticos, fabricação de papel, tintas, revestimentos, selantes e adesivos, produtos farmacêuticos, pasta de dente, alimentos e outros setores. No entanto, diferentes aplicações apresentam requisitos distintos quanto à distribuição do tamanho de partícula, forma cristalina, valor de absorção de óleo, dispersão e outras propriedades.
Aplicação de nanocarbonato de cálcio em plásticos
No processamento e fabricação de plásticos, o carbonato de cálcio comum só pode ser usado como um enchimento geral. Carbonato de cálcio nano modificadoEntretanto, pode funcionar não apenas como um material de enchimento, mas também como um ativador e agente de reforço. Pode aumentar o volume do produto, melhorar a dureza e a resistência, aprimorar o desempenho do processamento e melhorar a resistência ao calor, a resistência à flexão, o módulo de elasticidade e outras propriedades mecânicas de produtos plásticos.
O carbonato de cálcio em nanoescala é amplamente utilizado em PVC, PS, PP e outros plásticos. Dentre eles, o PVC consome a maior quantidade, especialmente em produtos como fios, cabos e tubos. O carbonato de cálcio em nanoescala proporciona excelentes efeitos de reforço e tenacificação ao PVC. Suas características em nanoescala permitem que os produtos de PVC processados apresentem maior resistência, propriedades de barreira, retardância à chama, estabilidade térmica e desempenho mecânico geral.
Requisitos técnicos do carbonato de cálcio nano para a indústria de plásticos
- Valor de absorção de óleoGeralmente, exige-se que seja baixo. Devido ao pequeno tamanho das partículas e à grande área superficial específica do carbonato de cálcio nanoestruturado, um alto valor de absorção de óleo aumenta o consumo de plastificante durante a mistura, eleva a viscosidade do sistema, piora o desempenho do processamento e aumenta os custos de produção.
- Forma cristalina: Principalmente cúbicos ou esféricos. Essas formas cristalinas apresentam baixa resistência ao fluxo, são fáceis de processar e não afetam negativamente o brilho da superfície dos produtos plásticos.
- Tamanho da partículaNormalmente, o tamanho das partículas é controlado em torno de 100 nm. Se o tamanho das partículas for muito grande, o nanoefeito não pode ser alcançado e a aparência do produto pode ser afetada; se for muito pequeno, a energia superficial aumenta, ocorre aglomeração severa, a dispersão torna-se difícil e podem aparecer defeitos na superfície.
- DispersãoA alta dispersibilidade é essencial. A aglomeração severa leva a tamanhos de partículas secundárias muito maiores do que as partículas primárias. Como as forças de cisalhamento durante a mistura de plásticos são limitadas, o carbonato de cálcio nanoestruturado mal disperso pode causar defeitos locais e problemas de qualidade.
- Teor de umidadeNão deve exceder 0,5%. O excesso de umidade pode causar bolhas ou vazios em superfícies plásticas.
- valor de pHO pH deve ser controlado abaixo de 10. Um pH alto afeta negativamente a brancura e o brilho da superfície, piora a aparência, aumenta a viscosidade do sistema e prejudica o processamento.
Dentre todos os materiais de enchimento mineral não metálicos utilizados em plásticos, o carbonato de cálcio representa a maior proporção, aproximadamente 60–70 TP/3T do total de aditivos plásticos. No entanto, ainda existem desafios em aplicações de alto desempenho, particularmente no que diz respeito à aglomeração do carbonato de cálcio em nanoescala, à melhoria da dispersão e ao aumento da resistência da ligação interfacial em compósitos.
Aplicação de nanocarbonato de cálcio em borracha
Na indústria da borracha, o carbonato de cálcio nanoestruturado é utilizado principalmente em pneus, fios, cabos e produtos de borracha. Ele aumenta o volume, reduz custos e melhora o desempenho do processamento. Atualmente, o carbonato de cálcio pesado e o carbonato de cálcio leve comum são os mais utilizados, mas o escopo de aplicação do carbonato de cálcio nanoestruturado está se expandindo. Produtos de borracha contendo CaCO₃ nanoestruturado apresentam alongamento, resistência à deformação permanente por compressão, resistência à flexão e resistência ao rasgo significativamente superiores em comparação com aqueles que utilizam carbonato de cálcio comum.
O carbonato de cálcio nanoestruturado, tratado por processos especiais, apresenta alta atividade superficial. Sob irradiação ultravioleta, ele libera elétrons livres que reagem prontamente com oxigênio ou substâncias orgânicas, eliminando bactérias e vírus. Portanto, o CaCO₃ nanoestruturado também exibe propriedades antibacterianas e desinfetantes.
Aplicações específicas
- PneusO carbonato de cálcio nanoestruturado pode substituir parcialmente o negro de fumo e o negro de fumo branco na produção de pneus. No entanto, devido ao seu menor desempenho de reforço, é utilizado principalmente em áreas de baixa tensão, como paredes laterais, compostos da carcaça, revestimentos internos e camadas de amortecimento. Quando usado em conjunto com óxido de zinco ativo, pode aumentar significativamente a resistência do composto da banda de rodagem.
- Mangueiras e correias de borrachaProporciona principalmente reforço, branqueamento e melhor dispersão de compostos de borracha.
- Fios e cabosUtilizado principalmente em revestimentos protetores e compostos de borracha para cabos de mineração, cabos de alta tensão e cabos submarinos.
Requisitos técnicos para a indústria da borracha
- Valor de absorção de óleoGeralmente, exige-se um valor alto. Um valor de absorção de óleo mais elevado melhora a molhabilidade e os efeitos de reforço na borracha.
- Forma cristalinaEstruturas predominantemente em forma de cadeia ou interligadas, que se encaixam durante o processamento e aumentam a resistência do sistema.
- Tamanho da partículaNormalmente, partículas com tamanho entre 80 e 120 nm. Partículas maiores não oferecem reforço suficiente, enquanto partículas menores aumentam a área de contato, dificultando a dispersão e prejudicando a mistura.
- Teor de umidadeNão deve exceder 0,5%. O excesso de umidade prolonga o tempo de pré-vulcanização e afeta negativamente a eficiência da vulcanização.
- valor de pHGeralmente controlado entre 9,5 e 10,5. Um pH baixo retarda a vulcanização, reduz a eficiência e aumenta o consumo de energia.
A adição de nanocarbonato de cálcio aumenta significativamente o reforço da borracha, além de melhorar a resistência ao envelhecimento, a resistência a óleos e a dispersão. Embora seu efeito de reforço seja superior ao do carbonato de cálcio leve comum, ainda é inferior ao do negro de fumo e do negro de fumo branco. A substituição completa pode reduzir a resistência e causar aderência dos rolos se usada em excesso, exigindo uma otimização cuidadosa da formulação.
Aplicação de nanocarbonato de cálcio em adesivos
Os adesivos são compostos principalmente por resina base, agentes de cura, cargas, agentes de acoplamento e catalisadores. Com o rápido desenvolvimento dos setores imobiliário, de embalagens e de materiais de construção, o consumo de adesivos aumentou significativamente. O carbonato de cálcio nanoestruturado, como uma importante carga, oferece baixo custo e boa compatibilidade. Ele acelera a reticulação, melhora a tixotropia, aumenta a adesão, a resistência à tração e o reforço.
Atualmente, sua aplicação em selantes de silicone é relativamente consolidada, enquanto seu uso em adesivos de poliuretano ainda está em estágios iniciais. Os adesivos de poliuretano oferecem excelente adesão, resistência ao envelhecimento, possibilidade de pintura da superfície e respeito ao meio ambiente, tornando-os vantajosos em diversas aplicações.
Requisitos técnicos para a indústria de adesivos
- Valor de absorção de óleoUm parâmetro fundamental, especialmente para selantes de silicone. Uma maior absorção de óleo melhora as propriedades mecânicas e a tixotropia, mas aumenta a viscosidade e o consumo de aditivos, elevando os custos. Os requisitos variam conforme a formulação.
- Forma cristalinaGeralmente cúbica ou romboédrica, compatível com os requisitos do produto e do equipamento.
- Tamanho da partículaNormalmente, partículas de 60 a 100 nm. Partículas maiores reduzem o desempenho mecânico e a tixotropia, causando deformação; partículas menores aglomeram-se facilmente, dificultando a amassagem e causando defeitos na superfície.
- Teor de umidadeDeve ser o mais baixo possível, geralmente abaixo de 0,5%. Umidade elevada aumenta os grupos hidroxila, promove a agregação, eleva a viscosidade, prolonga o tempo de mistura, reduz o rendimento, aumenta o consumo de energia e pode causar formação de espuma em adesivos de poliuretano devido à geração de CO₂.
- valor de pHO carbonato de cálcio é fracamente alcalino (pH 8–10). O controle inadequado pode levar ao aumento da alcalinidade, causando reações com componentes ácidos, defeitos na superfície e redução das propriedades mecânicas.
- Área de superfície específicaNormalmente, 20–25 m²/g. Uma área de superfície excessiva aumenta o reforço, mas piora o desempenho da extrusão e a dispersão.
Aplicação de nanocarbonato de cálcio em revestimentos
O carbonato de cálcio pesado, o carbonato de cálcio leve e o nanocarbonato de cálcio são amplamente utilizados em revestimentos. Comparado com cargas comuns, o nano CaCO₃ proporciona melhor reforço, melhora o poder de cobertura, o brilho, a transparência, a secagem rápida e a estabilidade. Em algumas aplicações, como revestimentos automotivos e arquitetônicos, ele pode substituir parcial ou totalmente o dióxido de titânio, reduzindo custos.
Requisitos técnicos para sistemas de plastisol de PVC
- Valor de absorção de óleoGeralmente baixa. A alta absorção de óleo aumenta a viscosidade e a demanda por plastificantes, elevando os custos, embora as necessidades variem de acordo com o produto.
- Forma cristalinaNormalmente cúbico.
- Tamanho da partículaGeralmente, 60–100 nm. Partículas maiores reduzem a viscosidade e o desempenho mecânico; partículas menores causam aglomeração, dispersão deficiente, defeitos superficiais e aumento da viscosidade e do limite de escoamento.
Outros requisitos incluem boa tixotropia (comportamento adelgaçante sob alta tensão de cisalhamento e espessamento sob baixa tensão de cisalhamento), alto limite de escoamento e qualidade estável para evitar escorrimento e garantir a resistência do revestimento.
Aplicação de nanocarbonato de cálcio em tintas
As tintas são compostas por pigmentos, aglutinantes, cargas e aditivos. O carbonato de cálcio nano modificado é altamente compatível com aglutinantes e oferece alto brilho, forte estabilidade, boa adaptabilidade e não impacta negativamente a secagem ou o desempenho de impressão. Ele melhora a qualidade da tinta e reduz custos.
Requisitos de desempenho para tintas
- Excelente dispersão, absorção, transparência, brilho, poder de cobertura e imprimibilidade.
- Forma cristalina predominantemente cúbica para baixa absorção de óleo, boa fluidez e fácil dispersão.
- O tamanho das partículas geralmente varia de 20 a 100 nm; a fluidez depende da forma cristalina e da distribuição de tamanho.
- Alto brilho, obtido através de uma distribuição estreita do tamanho das partículas e um arranjo ordenado nas películas de tinta.
- Reduzir a exigência de brancura para facilitar a coloração.
O CaCO₃ em nanoescala melhora a suavidade, a estabilidade, a imprimibilidade, a cobertura e a absorção da tinta, promovendo uma secagem rápida.
Aplicação de nanocarbonato de cálcio na fabricação de papel
Principais aplicações
- Carga para fabricação de papelA granulometria uniforme e pequena reduz o desgaste dos equipamentos, melhora a lisura, a brancura, o brilho e a opacidade do papel, reduz o consumo de celulose, diminui os custos e beneficia a proteção ambiental.
- Papel de cigarroAdicionado em 45–50%. O alto índice de refração melhora a opacidade; a liberação de CO₂ durante a queima regula a velocidade da combustão, estabiliza as cinzas, aumenta a permeabilidade e reduz o teor de alcatrão.
- Papel higiênico de alta qualidadeAmplamente utilizado em produtos de higiene feminina, fraldas e itens similares para produzir filmes de polietileno respiráveis e impermeáveis, com textura fina e propriedades que não agridem a pele.
- Revestimento de papelFornecido em forma de pasta para reduzir o consumo de energia, eliminar poeira e simplificar os processos. Melhora o brilho, a brancura, a suavidade, a resistência da superfície e a absorção da tinta.
Os requisitos de forma cristalina variam de acordo com a aplicação: em forma de fuso, de cadeia ou esférica para cargas; em forma de fuso ou de agulha para papel de cigarro; em forma de fuso, de placa ou cúbica para revestimentos.
Embora o carbonato de cálcio nanoestruturado apresente grande potencial de desenvolvimento na fabricação de papel, produtos de alta qualidade ainda dependem de importações devido a desafios técnicos. Com a transição de processos de fabricação de papel ácidos para neutros e alcalinos, as perspectivas de aplicação do carbonato de cálcio nanoestruturado continuarão a se expandir.
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— Publicado por Emily Chen