O policloreto de vinila (PVC) é um material polimérico barato e facilmente disponível, com uma ampla gama de aplicações em indústrias como calçados, conexões de tubos, fios, cabos e filmes calandrados. No entanto, a baixa resistência mecânica e a falta de estabilidade térmica do PVC puro limitam sua aplicação em muitos setores. Portanto, em diversas indústrias, compósitos de PVC modificados com diferentes cargas têm sido desenvolvidos para melhorar suas propriedades mecânicas e estabilidade térmica.
Por exemplo, a adição de uma certa quantidade de carbonato de cálcio (CaCO3) melhora a dureza de produtos de PVC, resultando em melhor desempenho e controle dos custos de produção. Com o avanço das pesquisas, descobriu-se que a facilidade de processamento do carbonato de cálcio pode ampliar significativamente seu valor e potencial de aplicação em materiais de PVC.
Comparação de diferentes aplicações de carbonato de cálcio em materiais de PVC
Cálcio úmido pesado
Deng Kewen e sua equipe aplicaram carbonato de cálcio pesado moído a seco de Guangyuan (GY616), carbonato de cálcio pesado ultrafino ultrabranco moído a úmido de Guangyuan (CC-6000A) e carbonato de cálcio leve disponível comercialmente à formulação base de filme de PVC para calandragem, e analisaram os efeitos das variedades de carbonato de cálcio no brilho, resistência à tração, densidade, resistência ao calor e poder de cobertura dos filmes preparados. O brilho e a densidade do filme calandrado com a adição de carbonato de cálcio pesado moído a úmido foram consistentes com os do nanocálcio leve composto, e a resistência à tração e a resistência ao calor foram melhoradas. Os efeitos do CC-6000A no brilho, resistência à tração, densidade, poder de cobertura e resistência ao calor do CC-6000A e do nanocálcio leve composto foram avaliados usando quatro sistemas de formulação. O CC-6000A apresentou maior brilho, resistência à tração, densidade, poder de cobertura e resistência ao calor em comparação com o nanocálcio leve composto.
Nanopartículas de carbonato de cálcio
Liu Yaxiong et al. investigaram os efeitos de fatores-chave, como temperatura de início da carbonatação, comprimento da cadeia de carbono do ácido graxo, ponto de fusão do óleo e índice de iodo, e agente de tratamento de superfície composto, nas propriedades de nanopartículas de carbonato de cálcio e filme calandrado de cloreto de polivinila (PVC). Os resultados mostraram que, quando a temperatura inicial de carbonatação era de 24 °C, o carbonato de cálcio gerado apresentava morfologia cúbica regular, com área superficial específica de 22,3 m²/g, tamanho médio de partícula de 80 nm, brancura de 961 TP3T, menor aglomeração de partículas e o menor tamanho de partícula secundária, com D50 de 0,43 μm; e o filme calandrado preparado com esse carbonato de cálcio apresentou o maior brilho, a melhor propriedade de absorção de tinta e o melhor desempenho geral.
Xie Zhong et al. utilizaram calcário como matéria-prima para gerar cal por calcinação e empregaram o método de carbonização contínua em torre dupla para produzir nanopartículas de carbonato de cálcio. Pesquisaram um agente de tratamento de superfície composto por ácidos graxos, óleos vegetais, surfactantes não iônicos, agentes de acoplamento, etc., e desenvolveram um processo de tratamento de ativação superficial de carbonato de cálcio em três etapas para produzir carbonato de cálcio nanoativado com baixo valor de absorção de óleo, bom desempenho de processamento e boa dispersibilidade. Este material foi utilizado como carga e agente de reforço na produção de tubos de drenagem de PVC, apresentando excelente desempenho em resistência à tração, alongamento na ruptura e retração longitudinal sob pressão, além de manter a forma original do tubo.
Carbonato de cálcio em diferentes formas
Dong Dongdong et al. prepararam cinco tipos de partículas de carbonato de cálcio com diferentes morfologias, nomeadamente, flocos, losangos, bastonetes, esferas e cubos, pelo método de cloração, e investigaram os efeitos das diferentes morfologias nas propriedades mecânicas de filmes de PVC flexível. Os resultados mostram que diferentes formatos de carbonato de cálcio melhoraram as propriedades mecânicas do filme de PVC, com aumento significativo na resistência à tração e no alongamento na ruptura. Dentre eles, o carbonato de cálcio em formato de bastonete apresentou o melhor desempenho em termos de propriedades mecânicas, com resistência à tração de 27,11 MPa. Já o filme de PVC modificado com carbonato de cálcio em formato rômbico apresentou o maior alongamento na ruptura, de 98,231 TP/3T.
Hu Hongchuan e colaboradores estudaram o efeito do carbonato de cálcio, estabilizador térmico e modificador de impacto ACR nas propriedades mecânicas de tubos de PVC com alta carga de carbonato de cálcio. Os resultados dos testes mostraram que, com o aumento da dosagem de carbonato de cálcio, as propriedades de tração do tubo de PVC diminuíram gradualmente, enquanto a resistência ao impacto e a resistência à flexão aumentaram.
Carbonato de cálcio misturado com talco
Li Na et al. prepararam compósitos de PVC/carbonato de cálcio/talco por meio de mistura no estado fundido e investigaram os efeitos do talco e do carbonato de cálcio nas propriedades mecânicas e de processamento dos compósitos de PVC. Os resultados mostraram que a temperatura de amolecimento Vicat dos compósitos de PVC foi a mais alta (78,6 °C) quando a proporção em massa de carbonato de cálcio para talco foi de 10:20; a resistência à flexão dos compósitos de PVC foi a mais alta (77,81 MPa) quando a proporção em massa de carbonato de cálcio para talco foi de 15:15; a resistência ao impacto com entalhe dos compósitos de PVC foi a mais alta (7,738 kJ/m²) quando a proporção em massa de carbonato de cálcio para talco foi de 20:10. 7,738kJ/m2); o maior módulo de flexão (6300MPa) dos compósitos de PVC foi obtido quando a proporção em massa de carbonato de cálcio para talco foi de 5:25.
Carbonato de cálcio modificado
Yang Dongdong e colaboradores investigaram os efeitos do tipo e do teor de carbonato de cálcio nas propriedades de compósitos de PVC/CaCO3. Os resultados mostraram que o compósito com carbonato de cálcio modificado por ácido esteárico e agente de acoplamento de titanato apresentou o melhor efeito na melhoria do desempenho geral dos compósitos, e a resistência ao impacto aumentou em 15% em comparação com os compósitos com adição de carbonato de cálcio não modificado.
Deng Chuanfu e colaboradores exploraram o efeito do nano-CaCO3 modificado no desempenho geral de compósitos de PVC. Os resultados mostraram que a introdução de grupos hidroxila em excesso na etapa de modificação úmida do nanocarbonato de cálcio contribui para aumentar o efeito de revestimento por enxerto do agente de acoplamento de silano, permitindo a obtenção de nanopartículas com melhor dispersão e processabilidade. Isso pode melhorar efetivamente a estabilidade térmica dos compósitos de PVC, promover a plastificação e conferir maior resistência e tenacidade aos compósitos.
Sem adição de carbonato de cálcio
Zhang Weifang e colaboradores prepararam emulsões de nanocarbonato de cálcio uniformemente dispersas por microemulsificação e, em seguida, sintetizaram duas resinas compósitas de nano-CaCO3/PVC por polimerização in situ. As resinas compósitas de nano-CaCO3/PVC apresentaram aumento simultâneo na densidade aparente e na absorção de plastificante, melhor estabilidade térmica, maior resistência ao impacto com entalhe e maior alongamento na ruptura, em comparação com as resinas puras.
Atualmente, o desenvolvimento do carbonato de cálcio especializado no mercado interno apresenta um crescimento notável, mas a produção de produtos de alta qualidade ainda é relativamente pequena, havendo espaço para agregar valor aos produtos. O carbonato de cálcio para PVC é um produto de uso específico relativamente maduro, e as pesquisas sobre a seleção do carbonato de cálcio, o uso de modificadores e o controle do processo de fabricação já possuem resultados promissores, que podem servir de referência para o desenvolvimento da área.