El carbonato de calcio es la primera opción como material de relleno en la industria del plástico, ampliamente utilizado en películas plásticas, perfiles, tubos, tejidos de plástico, cuero artificial y otros productos industriales de plástico, y puede reemplazar el costoso pigmento blanco para desempeñar un papel importante en el blanqueamiento, mejorar el brillo superficial del producto y la planitud de la superficie, entre otras cosas.
Entonces, ¿cuáles son los índices de carbonato de calcio para la industria del plástico? ¿Por qué son necesarios estos indicadores?
Contenido de calcio
El contenido de calcio es un importante indicador técnico de calidad del carbonato de calcio. El masterbatch modificado requiere un alto contenido de calcio, generalmente superior a 98%. Cuanto mayor sea el contenido de calcio, más estable será el rendimiento del procesamiento del carbonato de calcio. Un bajo contenido de calcio aumenta la presencia de metales pesados, otros no metales e impurezas, lo que no solo afecta el uso del carbonato de calcio, sino también la tecnología de procesamiento, la calidad de los productos e incluso puede dañar los equipos de procesamiento.
Blancura
La blancura del carbonato de calcio afecta directamente la blancura y el color del masterbatch modificado. El requisito de blancura del carbonato de calcio para el masterbatch modificado es muy estricto. Actualmente, la blancura del carbonato de calcio para malla 400 debe ser superior a 95%, y la blancura del carbonato de calcio procesado a partir de algunos minerales puede alcanzar aproximadamente 97%. Algunos fabricantes de masterbatch modificado, para aumentar la blancura del producto, suelen añadir un agente blanqueador fluorescente. Sin embargo, debido a que los componentes químicos del agente blanqueador fluorescente reaccionan a altas temperaturas y a altas fuerzas de cizallamiento, si la selección del agente blanqueador fluorescente no es la adecuada o se añade en exceso, no solo se produce el amarilleamiento del producto por descomposición, sino que también puede aparecer un fenómeno de aglomeración o falta de dispersión. El agente blanqueador fluorescente está relacionado con la salud y la seguridad; el contacto con productos plásticos puede producir cierto grado de irritación, por lo que no debe utilizarse.
El color es un indicador técnico muy importante del carbonato de calcio. La temperatura y otros factores que determinan el color son la estructura y el origen del mineral. Estos factores influyen directamente en la capacidad de coloración de los productos plásticos, afectando su color y brillo. Por lo tanto, la blancura y el tono del carbonato de calcio son indicadores técnicos cruciales que no deben pasarse por alto.
Contenido de humedad y materia volátil
Las materias primas del carbonato de calcio (mármol natural, calcita, etc.) generalmente no contienen agua estructural. Tras ser procesadas hasta obtener un polvo ultrafino, tienden a humedecerse y absorber humedad durante el procesamiento, el almacenamiento y el transporte. El carbonato de calcio a veces contiene trazas de sustancias volátiles, cuyo contenido excesivo puede afectar al masterbatch modificado y a los productos plásticos.
El contenido de humedad y volátiles en el carbonato de calcio debe controlarse en torno a 0,31 TP3T. En la práctica, un contenido de humedad del producto ≥ 0,31 TP3T puede afectar gravemente su calidad, provocando rugosidad superficial, burbujas, quemaduras, descomposición y otros problemas. Por lo tanto, es fundamental controlar el contenido de humedad para garantizar la calidad del masterbatch modificado. El método más común consiste en utilizar un mezclador de alta velocidad, calentar y secar para eliminar la humedad.
En la producción de masterbatch modificado con alto contenido de carbonato de calcio y relleno, se procura evitar el uso de tanques de agua, el corte por tracción y el proceso de granulación en anillo de agua. Se utiliza un proceso de granulación en seco con malla accionada por orugas y un proceso de granulación por corte en caliente de la superficie de molienda. Esto permite mejorar la producción, minimizar la humedad y el contenido volátil del masterbatch modificado y garantizar la calidad de los productos.
Distribución del tamaño de las partículas
La distribución del tamaño de partícula del carbonato de calcio es un índice importante de control de calidad para el masterbatch modificado. El análisis del tamaño de partícula de polvos minerales inorgánicos se realiza comúnmente mediante métodos de tamizado sencillos, y las especificaciones utilizadas en estos métodos se expresan en mallas. La malla se refiere al número de orificios por pulgada del tamiz. Sin embargo, el método más preciso y científico para el análisis del tamaño de partícula consiste en utilizar el tamaño real de las partículas medidas, expresado en micras (μm).
El método de tamizado es uno de los métodos más tradicionales para el análisis del tamaño de partícula. Consiste en medir la dispersibilidad de un polvo ultrafino de buena calidad mediante un tamiz de malla determinada. La relación entre el tamaño de partícula y el peso del polvo tamizado es la tasa de tamizado. El tamiz estándar comúnmente utilizado es de 500 mallas (equivalente a unos 25 μm). Las nuevas mallas de electrodeposición permiten tamizar partículas de hasta 5 μm (2500 mallas), pero el tiempo de tamizado es prolongado y se obstruye con facilidad. Para polvos ultrafinos de menos de 10 μm (1250 mallas), el método de tamizado resulta difícil de utilizar para el análisis y la detección del tamaño de partícula.
En la práctica, la distribución del tamaño de partícula del carbonato de calcio y otros materiales granulares presenta grandes fluctuaciones. Cuanto más estrecha sea la distribución del tamaño de partícula, más estable será el rendimiento del material; cuanto más amplia sea, peor será su rendimiento. Por ejemplo, para 1250 aplicaciones de carbonato de calcio, el tamaño de partícula debería ser de aproximadamente 10 μm. Si la distribución del tamaño de partícula se encuentra entre 5 y 38 μm, aunque el cálculo teórico del tamaño promedio de partícula puede ser cercano a 10 μm, debido al pequeño tamaño de partícula, la superficie específica es grande, lo que facilita la cohesión en grupos. Además, el tamaño de partícula grande de los productos provoca rugosidad superficial y otros fenómenos, por lo que su rendimiento de procesamiento, propiedades mecánicas, etc., se verán afectados.
Forma de la partícula
La forma de las partículas de carbonato de calcio se divide en poligonal, plana, prismática, rectangular, en forma de varilla larga, otras formas irregulares y otras formas de partículas según la estructura del mineral.
La forma de las partículas de carbonato de calcio influye considerablemente en la tecnología de procesamiento, la calidad del producto, la fluidez de la fusión y las propiedades mecánicas del masterbatch modificado. Las partículas poligonales, poligonales y rectangulares de carbonato de calcio en el procesamiento del masterbatch modificado presentan una buena fluidez de fusión, facilitan la reticulación del recubrimiento con agente de acoplamiento y reducen el desgaste de los equipos de procesamiento. Sin embargo, la desventaja radica en que, al aplicarse a productos plásticos, el masterbatch modificado puede afectar sus propiedades mecánicas (como la resistencia a la tracción, el módulo de flexión, etc.).
Las partículas de carbonato de calcio, planas y alargadas, poseen una superficie relativamente grande. En el masterbatch modificado, es necesario aumentar adecuadamente la cantidad de agente de acoplamiento, plastificante y otros aditivos. De lo contrario, se pueden producir recubrimientos irregulares, baja fluidez en la fusión, aumento de la resistencia del material base y de la resistencia de la cabeza, además de descomposición por sobrecalentamiento, entre otros problemas. Sin embargo, esta morfología del material resulta beneficiosa para las propiedades físicas de los productos plásticos, ya que mejora la resistencia a la tracción y a la flexión, y reduce la contracción.
Contenido de otros componentes
La composición química del carbonato de calcio, junto con las impurezas metálicas y otros componentes, influye en su calidad y, en el caso de los masterbatches para modificación de plásticos y los productos plásticos, afecta a su aplicación. El carbonato de calcio suele contener pequeñas cantidades de óxido de magnesio (MgO), dióxido de silicio (SiO2), óxido de hierro (Fe2O3), alúmina y trazas de metales pesados (aluminio, arsénico, mercurio, etc.). La composición de los demás componentes varía según el origen y el mineral.
El carbonato de calcio en el MgO tiene una dureza pequeña, una blancura ligeramente inferior a la del carbonato de calcio, una estabilidad química y un rendimiento de procesamiento similares a los del carbonato de calcio, por lo que generalmente no tendrá un mayor impacto en el carbonato de calcio.
El SiO2 pertenece a la cuarcita natural, tiene una superficie específica pequeña y buena movilidad. Sin embargo, posee una alta dureza (dureza Mohs 7), lo que provoca un desgaste considerable en los equipos, especialmente en casos de recubrimiento irregular o dosificación inadecuada de plastificante. Si se utiliza masterbatch modificado en la producción y procesamiento de alambre plano de polipropileno, la herramienta de corte de alta velocidad tiende a sufrir colisiones y a dañar el filo de la cuchilla, lo que afecta la producción y el procesamiento.
El contenido de Fe2O3 en el carbonato de calcio es muy pequeño, pero el hierro y los aditivos químicos son propensos a sufrir cambios químicos durante la mezcla y el procesamiento. El Fe2O3 se descompone fácilmente y se torna amarillo al calentarse, lo que afecta la blancura y la apariencia del concentrado maestro modificado, por lo que no se debe ignorar el Fe2O3 en el material del concentrado maestro modificado.
Cuanto menor sea el contenido de SiO2 y Fe2O3 en el carbonato de calcio, menor será el impacto en la calidad del masterbatch modificado. Generalmente, se puede usar ácido clorhídrico 5% para diluir la solución en una placa de vidrio, agregar carbonato de calcio para análisis químico y observar la cantidad de precipitados en la solución para determinar el contenido de SiO2; el color de la solución ligeramente amarillo indica que el contenido de Fe2O3 es mayor.