يشير الكالسيوم النشط في المطاط إلى مركبات الكالسيوم، مثل كربونات الكالسيوم (CaCO3) أو ستيرات الكالسيوم. تُستخدم هذه المركبات غالبًا كحشوات أو مساعدات معالجة في تركيبات المطاط. يمكن أن تؤثر هذه المركبات على خصائص المطاط. وتشمل هذه الخصائص قوته ومرونته واستقراره الحراري.
بالنسبة للمطاط، يعتبر كربونات الكالسيوم ثالث أكبر مادة حشو غير عضوية بعد أسود فاحم والسيليكا. يمكن أن يحسن من قوة الشد للمطاط المبركن. له تأثير تقوية في المطاط الطبيعي والصناعي.
تحسين مركب المطاط عن طريق:
- تخفيض تكاليف الإنتاج.
- زيادة القوة ومقاومة التآكل.
- تعزيز مقاومة الدموع.
- رفع اللدونة.
- ضبط اللزوجة Mooney.
- تسهيل التشكيل.
- تثبيت أبعاد المنتج.
تتميز كربونات الكالسيوم بخصائص الموارد الواسعة، والسمية والتلوث المنخفض، والبياض العالي، وحجم التعبئة الكبير والسعر المنخفض. يستخدم على نطاق واسع في صناعة المطاط وهو الحشو الرئيسي ذو الألوان الفاتحة للمنتجات المطاطية.
وتنقسم كربونات الكالسيوم إلى كربونات الكالسيوم الثقيلة، وكربونات الكالسيوم الخفيفة، وكربونات الكالسيوم النانوية، وكربونات الكالسيوم المعدلة. تلعب منتجات كربونات الكالسيوم أدوارًا مختلفة في المنتجات المطاطية، لذا تختلف مجالات تطبيقها قليلاً.
كربونات الكالسيوم الثقيلة + مطاط
كربونات الكالسيوم الثقيلة هي مادة حشو غير عضوية مسحوقة شائعة الاستخدام. تتمتع بنقاء عالٍ وخمول واستقرار. وهي بيضاء للغاية، مع امتصاص منخفض للزيت ومؤشر انكسار. كما أنها تتشتت بشكل جيد. لها تأثير تقوية ضعيف على منتجات المطاط، بشكل أساسي كحشو. تلعب دورًا في الحشو والتوافق في المطاط الطبيعي والمطاط الصناعي واللاتكس. يمكنها أن تجعل مادة المطاط قوية وتشتت بسهولة في مادة المطاط. يمكن أيضًا استخدامها كعامل عزل أو عامل تحرير. يمكن أيضًا استخدام تلك التي لها بياض أعلى من 90% كعامل تبييض.
يتميز المطاط المبركن بكربونات الكالسيوم الثقيلة بخصائص أسوأ من الإصدارات الخفيفة أو المعدلة. كما أن مقاومته للتآكل وإجهاد الاستطالة أسوأ من المطاط المبركن الأسود الكربوني أو الطيني أو السيليكاتي. كما أن جزيئات كربونات الكالسيوم الثقيلة الكبيرة تقلل من خصائص المطاط المبركن. كما أن تكلفة إنتاجه منخفضة. ويمكن استخدامه مع عوامل أخرى في المطاط لتعديل خصائص المطاط المبركن وتقليل التكاليف.
كربونات الكالسيوم الثقيلة يستخدم على نطاق واسع كمادة حشو خاملة في المطاط الطبيعي، ومطاط ستايرين بوتادين، واللاتكس، وما إلى ذلك. وهو مناسب لتصنيع الكعب والنعال والأرضيات والخراطيم ومنتجات الرغوة والمنتجات المقولبة والمنتجات المبثوقة.
كربونات كالسيوم خفيفة + مطاط
يتم إنتاج كربونات الكالسيوم المعدلة، والمعروفة أيضًا باسم كربونات الكالسيوم المنشطة، عن طريق تعديل سطح كربونات الكالسيوم الخفيفة وكربونات الكالسيوم النانوية باستخدام مُعدِّلات السطح. وبالمقارنة مع ما قبل التعديل، فإن كربونات الكالسيوم بعد التعديل لها عمومًا خصائص أصغر حجم الجسيمات، قيمة امتصاص الزيت المنخفضة، التشتت الجيد، والتعزيز الجيد.
إن خصائص التعزيز لكربونات الكالسيوم المعدلة أفضل بكثير من خصائص كربونات الكالسيوم غير المعدلة. خصائصه التعزيزية ترجع بشكل رئيسي إلى أن معدل السطح عبارة عن مادة عضوية ذات مجموعات أمفيفيلية؛ لديها مجموعات محبة للماء ومحبة للدهون. تجمع معدّلات السطح بين كربونات الكالسيوم والمطاط بشكل وثيق من خلال مجموعتين، وهو أمر مفيد لتحسين الخواص الفيزيائية والميكانيكية للمطاط، وأداء المعالجة، والاستطالة، وقوة الشد، وقوة التمزق، وغيرها من خصائص المنتجات.
نانو كربونات الكالسيوم + مطاط
مسحوق كربونات الكالسيوم النانومتري أفضل من مسحوق كربونات الكالسيوم العادي. له تأثير حجم صغير وتأثير سطحي مرتفع. وهذا يمنحه خصائص فريدة تفتقر إليها كربونات الكالسيوم العادية. يعمل بشكل أساسي كتعزيز وملء وتعديل اللون في المنتجات المطاطية.
تتميز كربونات الكالسيوم النانوية بنشاطها العالي، كما أن قوتها التعزيزية أفضل من كربونات الكالسيوم الخفيفة، كما أنها تعادل السيليكا المترسبة. كما تتمتع كربونات الكالسيوم النانوية بقدرة تشتت وتوافق جيدين في المطاط، مما يجعل من السهل خلط المطاط وتشتيته، مما يحسن من معالجة المطاط والخصائص الميكانيكية للمنتج. وفي الوقت نفسه، تتمتع كربونات الكالسيوم النانوية ببنية ثلاثية الأبعاد مكانية وأشكال مختلفة من الجسيمات. وتظهر الدراسات أن الأشكال البلورية المختلفة لكربونات الكالسيوم النانوية لها تأثيرات متفاوتة على تقوية المطاط. ومن بينها، تتمتع كربونات الكالسيوم النانوية المتشابكة بأفضل تأثير تقوية على المطاط.
ومن الجدير بالذكر أنه يمكن استخدامه بمفرده كمادة حشو معززة وبالاشتراك مع مواد حشو أخرى حسب احتياجات الإنتاج. لا يمكنها فقط تحقيق وظائف التعزيز والتعبئة وتحسين تكنولوجيا المعالجة وتحسين أداء المنتج، ولكن لديها أيضًا وظيفة التبييض. يعمل ويستبدل جزئيًا الحشوات البيضاء الباهظة الثمن مثل السيليكا وثاني أكسيد التيتانيوم.
تعد صناعة المطاط أيضًا أحد المجالات الرئيسية لتطبيق كربونات الكالسيوم النانوية. يتم استخدامه بشكل رئيسي في المطاط الداخلي والخارجي لإطارات السيارات، وأجزاء خاصة من الأنابيب الداخلية لإطارات السيارات والإطارات الخارجية، وخراطيم الشريط، والأحذية المطاطية، والأقمشة المطاطية. مناسبة لأنظمة NR، BR، SBR وغيرها من الأنظمة المطاطية.
تُستخدم منتجات كربونات الكالسيوم النانوية في المطاط ولها متطلبات منخفضة على المواد غير القابلة للذوبان في حمض الهيدروكلوريك ومحتوى المعادن الثقيلة وقيمة الرقم الهيدروجيني.
كربونات كالسيوم معدلة + مطاط
يتم إنتاج كربونات الكالسيوم المعدلة، والمعروفة أيضًا باسم كربونات الكالسيوم المنشط، عن طريق تعديل سطح كربونات الكالسيوم الخفيفة وكربونات الكالسيوم النانوية باستخدام المعدلات السطحية. بالمقارنة مع ما قبل التعديل، فإن كربونات الكالسيوم بعد التعديل تتميز بشكل عام بخصائص حجم الجسيمات الأصغر، وقيمة امتصاص الزيت المنخفضة، والتشتت الجيد، والتعزيز الجيد.
إن خصائص التعزيز لكربونات الكالسيوم المعدلة أفضل بكثير من خصائص كربونات الكالسيوم غير المعدلة. خصائصه التعزيزية ترجع بشكل رئيسي إلى أن معدل السطح عبارة عن مادة عضوية ذات مجموعات أمفيفيلية؛ لديها مجموعات محبة للماء ومحبة للدهون. تجمع معدّلات السطح بين كربونات الكالسيوم والمطاط بشكل وثيق من خلال مجموعتين، وهو أمر مفيد لتحسين الخواص الفيزيائية والميكانيكية للمطاط، وأداء المعالجة، والاستطالة، وقوة الشد، وقوة التمزق، وغيرها من خصائص المنتجات.
مقارنة صور SEM لكربونات الكالسيوم غير المعدلة و كربونات الكالسيوم المعدلة:
تستخدم كربونات الكالسيوم المعدلة بشكل رئيسي في منتجات المطاط مثل الإطارات، الخراطيم، الأشرطة، أختام الزيت، وقطع غيار السيارات وهي مناسبة للمطاط NR، NBR، SBR، والمطاط الأخرى.