O carbonato de cálcio é a primeira escolha como carga na indústria de plásticos, sendo amplamente utilizado em filmes plásticos, perfis, tubos, malhas plásticas, couro artificial e outros produtos da indústria plástica. Ele pode substituir o caro pigmento branco, desempenhando um papel importante no branqueamento, melhorando o brilho e a planicidade da superfície do produto, entre outros benefícios.
Então, quais são os índices de carbonato de cálcio para a indústria de plásticos? Por que esses indicadores são necessários?
Teor de cálcio
O teor de cálcio é um importante índice técnico de qualidade do carbonato de cálcio. O masterbatch modificado requer um alto teor de cálcio no carbonato de cálcio, geralmente acima de 98%. Quanto maior o teor de cálcio, mais estável será o desempenho do processamento do carbonato de cálcio. Quando o teor de cálcio é baixo, aumenta o teor de metais pesados, outros não metais e outras impurezas, o que afeta não apenas o uso do carbonato de cálcio, mas também a tecnologia de processamento, a qualidade dos produtos ou pode danificar os equipamentos de processamento.
Brancura
A brancura do carbonato de cálcio afeta diretamente a brancura e a coloração do masterbatch modificado. Os requisitos de brancura do carbonato de cálcio para masterbatch modificado são muito rigorosos. Atualmente, a brancura do carbonato de cálcio para 400 mesh deve ser superior a 95%, e a brancura do carbonato de cálcio processado a partir de alguns minérios pode atingir cerca de 97%. Alguns fabricantes de masterbatch modificado, visando aumentar a brancura do produto, frequentemente adicionam agentes branqueadores fluorescentes. No entanto, devido à reação de decomposição dos componentes químicos dos agentes branqueadores fluorescentes em altas temperaturas e sob forte cisalhamento, se a seleção da espécie de agente branqueador fluorescente não for adequada ou se a quantidade adicionada for excessiva, não só ocorrerá amarelamento do produto devido à decomposição, como também a formação de aglomerados não dispersos ou coesivos. Os agentes branqueadores fluorescentes estão relacionados à saúde e segurança, pois o contato com o corpo humano em produtos plásticos pode causar irritação e, portanto, seu uso não é recomendado.
A cor também é um indicador técnico muito importante do carbonato de cálcio, sendo a temperatura e a estrutura e origem do minério determinantes da cor. Esses fatores afetam diretamente a capacidade de coloração dos produtos plásticos, influenciando a cor e o brilho. Portanto, a brancura e a tonalidade do carbonato de cálcio são indicadores técnicos importantes que não podem ser ignorados.
Teor de umidade e matéria volátil
As matérias-primas do carbonato de cálcio – mármore natural, calcita, etc. – geralmente não contêm água estrutural. Após serem processadas em pó ultrafino, tendem a ficar úmidas e absorver água durante o processamento, armazenamento e transporte. O carbonato de cálcio às vezes contém traços de substâncias voláteis, que podem afetar o masterbatch modificado e os produtos plásticos se o teor for muito alto.
O teor de umidade e voláteis no carbonato de cálcio deve ser controlado em torno de 0,3%. Na prática, um teor de umidade ≥ 0,3% pode afetar a qualidade do produto, causando rugosidade na superfície, formação de bolhas, combustão, decomposição e outros fenômenos. Portanto, o controle do teor de umidade é crucial para a qualidade do masterbatch modificado. O método mais comum é o aquecimento e secagem em misturador de alta velocidade para eliminar a umidade.
Na produção de masterbatch modificado com alto teor de carbonato de cálcio, busca-se evitar o uso de processos como a granulação por infiltração em tanques de água, corte por tração e granulação em anéis de água. Em vez disso, utiliza-se a granulação a seco com esteira transportadora e a granulação a quente com corte em superfície de moagem. Essas técnicas permitem, ao mesmo tempo, aumentar a produtividade, minimizar o teor de umidade e voláteis do masterbatch modificado e garantir a qualidade do produto final.
Distribuição do tamanho das partículas
A distribuição granulométrica do carbonato de cálcio é um importante índice de controle de qualidade para masterbatches modificados. A análise granulométrica de pós minerais inorgânicos é comumente realizada por meio de métodos de peneiramento mais simples, e as especificações geralmente utilizadas nesses métodos são expressas em "malha". A malha, por sua vez, refere-se ao número de orifícios por polegada da peneira. No entanto, o método mais preciso e científico de análise granulométrica utiliza o tamanho real das partículas medidas, expresso em micrômetros (μm).
O método de peneiramento é um dos métodos mais tradicionais de análise granulométrica. Consiste na dispersão de um pó ultrafino com boa dispersão através de uma peneira de malha específica, e a proporção em peso do pó retido é determinada pela taxa de peneiramento. Peneiras padrão comuns têm malha 500 (equivalente a aproximadamente 25 μm). As novas telas de eletrodeposição podem peneirar partículas de até 5 μm (malha 2500), porém o tempo de peneiramento é longo e há maior probabilidade de entupimento. Para pós ultrafinos com tamanho inferior a 10 μm (malha 1250), o método de peneiramento torna-se difícil de usar para análise e detecção granulométrica.
Na prática, a faixa de distribuição do tamanho de partículas do carbonato de cálcio e de outros materiais granulares apresenta grandes flutuações. Quanto mais estreita a faixa de distribuição do tamanho de partículas, mais estável o desempenho do material; quanto mais ampla a faixa de distribuição do tamanho de partículas, pior o desempenho do material. Por exemplo, para o carbonato de cálcio de grau 1250, o tamanho de partícula ideal seria de cerca de 10 μm. Se a distribuição do tamanho de partículas estiver entre 5 e 38 μm, embora o cálculo teórico do tamanho médio das partículas possa ser próximo de 10 μm, devido ao pequeno tamanho das partículas, a área superficial específica é grande, facilitando a aglomeração. Além disso, partículas maiores, devido à rugosidade superficial e outros fenômenos, afetarão o desempenho de processamento, as propriedades mecânicas, etc.
Forma da partícula
A forma das partículas de carbonato de cálcio é classificada em poligonal, plana, prismática, retangular, em forma de bastão alongado, além de outras formas irregulares, de acordo com a estrutura mineral.
A forma das partículas de carbonato de cálcio influencia significativamente a tecnologia de processamento, a qualidade do produto, a fluidez da fusão e as propriedades mecânicas do masterbatch modificado. Partículas de carbonato de cálcio com formas poligonais, poligonais e retangulares, quando aplicadas ao masterbatch modificado, apresentam boa fluidez de fusão, facilitam a reticulação do revestimento com o agente de acoplamento e reduzem o desgaste dos equipamentos de processamento. A desvantagem é que, ao ser aplicado a produtos plásticos, o masterbatch modificado pode afetar suas propriedades mecânicas (como resistência à tração, módulo de flexão, etc.).
Partículas de carbonato de cálcio planas e alongadas possuem uma área superficial relativamente grande, sendo necessário aumentar adequadamente a quantidade de agente de acoplamento, plastificante e outros aditivos no masterbatch modificado. Caso contrário, podem ocorrer problemas como revestimento irregular, baixa fluidez da massa fundida, aumento da resistência à tração e à compressão, além de decomposição por superaquecimento. Entretanto, esse tipo de formato de partícula é benéfico para as propriedades físicas dos produtos plásticos, podendo melhorar a resistência à tração e à flexão, e reduzir a contração.
Conteúdo de outros componentes
A composição química do carbonato de cálcio, incluindo impurezas metálicas e outros componentes, também impacta a qualidade do produto, influenciando seu desempenho em masterbatches e produtos plásticos modificados. O carbonato de cálcio geralmente contém pequenas quantidades de óxido de magnésio (MgO), dióxido de silício (SiO2), óxido de ferro (Fe2O3), alumina e traços de metais pesados (alumínio, arsênio, mercúrio, etc.). A composição dos demais componentes varia de acordo com a origem e o minério extraído.
O carbonato de cálcio no MgO apresenta baixa dureza, brancura ligeiramente inferior à do carbonato de cálcio, estabilidade química e desempenho de processamento semelhantes, não tendo, em geral, um impacto maior sobre o carbonato de cálcio.
O SiO2 pertence à classe dos quartzitos naturais, possuindo uma pequena área superficial específica e boa mobilidade. No entanto, o SiO2 apresenta alta dureza (dureza 7 na escala de Mohs), causando sério desgaste nos equipamentos, especialmente em revestimentos irregulares ou dosagens inadequadas de plastificantes. Quando utilizado na produção e processamento de fios planos de polipropileno com masterbatch modificado, o contato com ferramentas de corte de alta velocidade é frequente, podendo danificar a lâmina e impactar negativamente o processo produtivo.
O teor de Fe2O3 no carbonato de cálcio é muito pequeno, mas o ferro e os aditivos químicos sofrem alterações químicas facilmente durante a mistura e o processamento. O Fe2O3 se decompõe facilmente e amarela quando aquecido, afetando a brancura e a aparência do masterbatch modificado. Portanto, o Fe2O3 não deve ser ignorado na composição do masterbatch modificado.
Quanto menor o teor de SiO2 e Fe2O3 no carbonato de cálcio, menor o impacto na qualidade do masterbatch modificado. Geralmente, utiliza-se ácido clorídrico 5% para diluir a solução em uma cápsula de vidro, adicionando-se carbonato de cálcio para análise química. Observa-se a quantidade de precipitado na solução para determinar o teor de SiO2; uma coloração levemente amarelada da solução indica maior teor de Fe2O3.