Carbonato di calcio è un composto inorganico amante dell'acqua. Ha molte strutture idrossiliche sulla sua superficie. Ha poca affinità per i polimeri organici. Forma facilmente aggregati ma si disperde in modo non uniforme al loro interno. Ciò crea difetti alle interfacce tra materiali compositi. L'applicazione diretta ha scarsi risultati. Questi difetti diventano più evidenti all'aumentare della quantità di riempimento. Un riempimento eccessivo può persino rendere il prodotto inutilizzabile. Per migliorare l'effetto rinforzante del carbonato di calcio, dobbiamo modificare la polvere. Dobbiamo anche migliorare la sua dispersione nei compositi. Ciò migliorerà le proprietà fisiche dei compositi riempiti di carbonato di calcio. Dovremmo usare metodi diversi per ampliare gli usi del materiale. Ciò lo renderà un materiale funzionale, rinforzante e riempitivo.
Esistono due modi principali per modificare il carbonato di calcio. Uno è quello di cambiare il dimensione delle particelle. Ciò rende le particelle fini o ultra-fini. Migliora la loro disperdibilità nella resina. Questo cambiamento rende più resistenti la plastica, la gomma e altri prodotti. Lo fa lasciando che le particelle li rinforzino. Le particelle sono minuscole e hanno una grande superficie specifica.
L'altro modo è migliorare la superficie della polvere. Questo la trasforma da idrofila a lipofila. Questo aumenta la compatibilità della polvere con le resine organiche. Questo migliora anche la lavorazione e le proprietà fisiche e meccaniche del prodotto.
Questo metodo utilizza principalmente modificatori di superficie per attivare la superficie del carbonato di calcio. Di seguito vengono presentati diversi modificatori di superficie principali per il carbonato di calcio.
Modificatore inorganico
I disperdenti elettrolitici inorganici si attaccano alla superficie del carbonato di calcio nano. Possono fare due cose. Innanzitutto, creano una forte repulsione elettrostatica aumentando il potenziale di superficie. In secondo luogo, inducono un forte effetto di repulsione spaziale.
Allo stesso tempo, può anche rendere la superficie del nano carbonato di calcio più bagnabile all'acqua. Ciò impedisce che si agglutini nell'acqua.
Le sostanze inorganiche sono comunemente utilizzate. Includono principalmente acido fosforico condensato, alluminato e sali inorganici. Hanno anche ioni acidi, alcalini, allume e inorganici. Il carbonato di calcio nano ha una scarsa resistenza agli acidi. Ciò ne limita l'ambito di utilizzo. L'acido fosforico può modificare la sua superficie. Ciò forma un rivestimento. Il rivestimento utilizza l'effetto idrofobico. Utilizza anche un ostacolo sterico per evitare che tocchi gli ioni idrogeno interni. Ciò può migliorare la dispersione e l'attivazione del carbonato di calcio. Ciò migliorerà anche la sua resistenza agli acidi e amplierà le sue applicazioni.
Il pH del prodotto è compreso tra 5,0 e 8,0. È sceso di 1,0~5,0 rispetto a prima del trattamento. Il prodotto è difficile da sciogliere in acidi deboli come l'acido acetico. Ha una buona resistenza agli acidi. Questo prodotto può essere utilizzato in settori industriali. Questi includono materie plastiche, gomma, rivestimenti, fabbricazione della carta, cibo e dentifricio.
Acidi grassi e loro modificatori di sali
I modificatori di acidi grassi o stearato sono modificatori tradizionali di riempitivi di carbonato di calcio. Sono poco costosi e hanno buoni effetti di modifica sui riempitivi di carbonato di calcio. Questo tipo di modificatore è principalmente alifatico, aromatico o aralchilico. Contiene gruppi idrossilici, amminici o tiolici. Un'estremità di questa molecola di acido grasso è un gruppo alchilico a catena lunga. È bravo a combinarsi con i polimeri. L'altra estremità di RCOO può legarsi con ioni calcio sulla superficie del carbonato di calcio. Questo legame forma uno strato di rivestimento attivo. Impedisce alle particelle di carbonato di calcio di agglomerarsi. Gli acidi grassi comunemente usati sono l'acido stearico e i suoi sali. Inoltre, la lignina, l'acido resinico e i suoi sali possono anche essere usati per trattare la superficie del carbonato di calcio.
Jea et al. Ho studiato l'effetto del carbonato di calcio modificato con acido stearico sul flusso del polipropilene. I risultati hanno mostrato che ha migliorato notevolmente la resistenza e la tenacità del polipropilene.
Modificatori del fosfato
L'estere fosfatico modifica principalmente la polvere di carbonato di calcio. Ciò avviene tramite la reazione di Ca2+ con la superficie della polvere per formare un estere. Ciò forma un sale di fosfato di calcio sulla superficie della polvere. Ciò modifica le proprietà della polvere. I composti di estere fosfatico possono modificare la polvere di carbonato di calcio. Ciò può migliorare notevolmente la lavorabilità e la resistenza dei compositi. Migliora inoltre la resistenza agli acidi e la sicurezza antincendio.
Yan et al. hanno studiato la microstruttura e le proprietà fisiche dei compositi PVC/nuovo nano-carbonato di calcio modificato con fosfato. I risultati hanno mostrato che il nano-carbonato di calcio modificato ha rinforzato molto i compositi PVC. Ha migliorato le loro proprietà fisiche.
Modificatore dell'agente di accoppiamento
L'agente di accoppiamento è una sostanza con una struttura anfifilica. Una parte della molecola ha gruppi polari idrofili. Possono reagire con gruppi funzionali sulla superficie della polvere. Questo forma forti chimico legami. L'altra parte ha gruppi idrofobici non polari. Possono reagire o aggrovigliarsi con polimeri organici. Questa azione unisce saldamente la polvere di carbonato di calcio e la matrice polimerica. Questi sono due materiali con proprietà molto diverse. Li combinano attraverso lo strato di interfaccia.
Tuttavia, questo metodo presenta tre problemi. Primo, il prezzo degli agenti di accoppiamento è elevato. Secondo, diversi sono selettivi per polimeri diversi. Inoltre, quando vengono utilizzati in alcuni polimeri, possono scolorirsi. Sono anche inclini a rompersi durante lo stoccaggio o la miscelazione.
Decine di agenti vengono utilizzati per trattare superfici di carbonato di calcio. Sono utilizzati sia in patria che all'estero. Gli agenti di accoppiamento comunemente utilizzati includono silano, titanato e alluminato. Esistono anche agenti di accoppiamento compositi, ecc.
Introduzione di 4 agenti di accoppiamento per carbonato di calcio modificato
Un agente di accoppiamento silanico
L'agente di accoppiamento silanico è stato sviluppato precocemente ed è il tipo di agente di accoppiamento più ampiamente utilizzato. Per la maggior parte degli agenti di accoppiamento silanici, ci sono troppo pochi gruppi idrossilici. Quindi, è difficile o addirittura impossibile reagire con il carbonato di calcio pesante. La resina e l'agente di accoppiamento silanico si modificano solo quando hanno gruppi simili. He Yi et al. Hanno scelto l'agente di accoppiamento silanico KH560. Lo hanno utilizzato per modificare la superficie del carbonato di calcio pesante. Hanno inserito il carbonato di calcio pesante modificato nella resina epossidica. Ciò ha migliorato la stabilità termica, la compatibilità e la resistenza alla corrosione del rivestimento epossidico.
Agente di accoppiamento titanato
Il Titanate Coupling Agent è un prodotto. È stato sviluppato dalla Kenrich Petrochemical Company negli Stati Uniti. Sono stati realizzati alla fine degli anni '70. I Titanate Coupling Agent sono divisi in tipi in base alla struttura molecolare. Ci sono quattro tipi: monoalcossi, monoalcossi pirofosfato, coordinazione e chelato. Tra questi, il tipo monoalcossi è adatto per i sistemi di riempimento a secco. Questi sistemi non contengono acqua libera. Hanno solo acqua legata chimicamente o fisicamente. Gli altri tre tipi di titanato coupling agent non hanno requisiti di contenuto d'acqua.
Gli agenti di accoppiamento titanato influenzano il carbonato di calcio pesante. L'industria della gomma lo usa per ridurre la quantità di gomma e antiossidanti. Migliora anche la resistenza all'usura del prodotto e le prestazioni anti-invecchiamento. L'agente di accoppiamento viene aggiunto al carbonato di calcio pesante nel rivestimento. Migliora la disperdibilità, la fluidità, la stabilità termica e le proprietà meccaniche. Viene utilizzato nella fabbricazione della carta per migliorare la resistenza della carta e la stampa. Sebbene sia efficace, ha molti svantaggi. Si ossida e scolorisce facilmente. Si decompone a basse temperature. La sua estremità organica è soggetta a rottura o idrolisi. È dannoso per le persone e l'ambiente. Questi difetti ne limitano notevolmente l'uso.
Agente di accoppiamento alluminato
La Fujian Normal University ha creato un agente di accoppiamento alluminato. Può migliorare la resistenza e l'efficienza di un prodotto. Funziona come un agente di accoppiamento titanato. L'agente di accoppiamento alluminato ha dei vantaggi rispetto all'agente di accoppiamento titanato. Ha un colore chiaro, è atossico, solido a temperatura ambiente e termicamente stabile. È anche facile da usare. Allo stesso tempo, l'agente di accoppiamento alluminato aggiunge anche alcuni effetti lubrificanti e plastificanti. Quindi, modifica il carbonato di calcio pesante meglio del silano e del titanato. Le persone spesso usano il carbonato di calcio pesante per riempire il polipropilene. Lo usano anche per riempire il cloruro di polivinile e il poliuretano duro. Usano un agente di accoppiamento alluminato per modificarlo. La quantità di riempimento è aumentata. Ma i prodotti risultanti hanno ancora buone proprietà. Riducono anche i costi.
Modificatore di accoppiamento composito
Il modificatore si basa su un agente di accoppiamento. È combinato con altri modificatori, agenti di superficie e agenti di reticolazione. Lo usano per modificare il carbonato di calcio pesante. Due o più modificatori vengono selezionati contemporaneamente per modificare il carbonato di calcio pesante. Ciò consente di far risaltare i vantaggi di ciascun modificatore. L'effetto di modifica del carbonato di calcio pesante è migliore. Può soddisfare meglio varie esigenze.
Modificatori di polimeri
L'aggiunta di polimeri al carbonato di calcio può migliorare la sua stabilità di dispersione. Ciò è vero nei sistemi non acquosi. Le persone generalmente credono che il carbonato di calcio rivestito di polimeri abbia due tipi. In un tipo, il monomero si adsorbe prima sulla superficie della polvere. Quindi, inizia a polimerizzare. Forma uno strato di polimero molto sottile sulla superficie. L'altro è quello di sciogliere il polimero in un buon solvente. Quindi, aggiungere carbonato di calcio. Il polimero viene lentamente adsorbito sul carbonato di calcio. Ciò esclude il solvente e forma un rivestimento. Questi polimeri possono aderire alla superficie della polvere di carbonato di calcio in modo direzionale. Ciò conferisce alla polvere una caratteristica carica. I polimeri formano uno strato sulla superficie della polvere. Lo fanno tramite adsorbimento fisico e chimico. Questo strato impedisce alle particelle di polvere di agglomerarsi e ne migliora la disperdibilità. Allo stesso tempo, ha una catena di carbonio lipofila più lunga. Funziona bene anche con la resina. Ha una forte interazione e un buon effetto di accoppiamento.
L'aggiunta di nano carbonato di calcio al PMMA riduce la dimensione delle particelle al livello nanometrico. Rende inoltre il prodotto più forte e resistente. Quando modificato con copolimero di acido alcossistirene-stirene solfonico, anche la disperdibilità è notevolmente migliorata. Oligomeri di poliolefine, come cera di polietilene e polipropilene casuale, si legano bene al nano-carbonato di calcio. Hanno buoni effetti bagnanti. Possiamo mescolarli con il nano-carbonato di calcio in una certa proporzione. Possiamo quindi aggiungere tensioattivi. Questo processo li trasforma in nuovi riempitivi masterbatch. Questi riempitivi sono ampiamente utilizzati in molti campi.
EPIC Powder produce 4 tipi di apparecchiature per la modifica del rivestimento superficiale in carbonato di calcio
Il trattamento della polvere di carbonato di calcio è migliorato. Il carbonato di calcio trattato in superficie ha numerosi usi e prestazioni superiori. Quindi, i paesi stanno gareggiando per sviluppare trattamenti per esso. L'obiettivo principale è sviluppare e creare nuovi modificatori di superficie. Dovrebbero essere poco tossici o non tossici e avere effetti significativi. Questo è l'obiettivo primario dell'industria del carbonato di calcio.