O carbonato de cálcio é um composto químico inorgânico vital, amplamente utilizado em indústrias como a de plásticos, borracha, revestimentos e fabricação de papel. Nos últimos anos, o uso de resinas e produtos químicos sintéticos tem crescido continuamente, elevando o consumo de energia. Nesses setores, como o de plásticos e borracha, a adição de cargas, principalmente inorgânicas, é uma prática comum, pois são abundantes e de baixo custo, sendo incorporadas a polímeros sintéticos. O objetivo é maximizar a adição de cargas inorgânicas (como o carbonato de cálcio) a plásticos e borrachas, sem comprometer as propriedades físicas e mecânicas dos produtos.
O carbonato de cálcio puro é um exemplo de carga inorgânica comum. É difícil atender a esses requisitos. Eles precisam ser modificados para melhorar seu desempenho geral. A indústria de materiais compósitos está experimentando um rápido crescimento. O carbonato de cálcio agora é uma carga e um importante modificador.
O carbonato de cálcio ativo possui grande capacidade de preenchimento em plásticos, reduzindo custos e melhorando a dureza, rigidez, estabilidade dimensional e estabilidade térmica dos produtos. O carbonato de cálcio ativo é obtido através da modificação do carbonato de cálcio comum, permitindo sua utilização como material de preenchimento e modificação em produtos compósitos. Essas modificações incluem alterações na forma cristalina, tamanho e distribuição granulométrica das partículas, bem como nas propriedades da superfície do carbonato de cálcio.
Método de modificação do carbonato de cálcio
Uma das maneiras é alterar o tamanho das partículas de carbonato de cálcio, tornando-as finas ou ultrafinas. Isso inclui modificar a forma cristalina e a faixa de tamanho das partículas. O uso de carbonato de cálcio fino ou ultrafino é vantajoso, pois apresenta diferentes formas cristalinas. Isso melhora sua capacidade de espalhar resina e proporciona um efeito de reforço em plásticos, borracha e outros produtos. Esses produtos possuem partículas minúsculas e uma grande área superficial.
Este método requer a atualização do processo antigo. Necessita de melhor carbonização, pulverização e secagem do carbonato de cálcio. O processo de produção é complexo. Na produção em massa, a secagem dos itens torna-se difícil e o custo de fabricação é elevado.
A segunda medida consiste em melhorar a superfície do carbonato de cálcio, transformando-o de inorgânico para orgânico. Isso aumentará sua compatibilidade com resinas orgânicas e, consequentemente, melhorará a fabricação e a qualidade dos produtos.
Este método utiliza principalmente moléculas anfifílicas, que possuem grupos inorgânicos e orgânicos. Entre elas, incluem-se surfactantes, ácidos graxos de cadeia longa e agentes de acoplamento. Esses agentes são usados para modificar a superfície do carbonato de cálcio. O processo e os equipamentos são relativamente simples e fáceis de implementar. O agente de acoplamento é uma técnica recente que permite o tratamento de carbonato de cálcio de diversos tamanhos, proporcionando uma modificação bastante eficaz. Seu uso tem aumentado na fabricação de materiais compósitos, como plásticos e borracha. Trata-se de uma maneira eficiente de expandir a gama de cargas de carbonato de cálcio disponíveis no mercado.
Matéria orgânica adequada para modificação de carbonato de cálcio
Muitas substâncias podem alterar a superfície do carbonato de cálcio. No entanto, pesquisas anteriores se concentraram principalmente no uso de ácidos orgânicos para produzir carbonato de cálcio ativo. O papel do ácido orgânico na superfície do carbonato de cálcio é principalmente a adsorção física, proporcionando lubrificação na interface entre o carbonato de cálcio e a resina. A adição de ácido orgânico pode alterar as propriedades reológicas e de processamento do material, mas raramente contribui para as propriedades físicas do produto.
Estudos recentes demonstraram que, quando o carbonato de cálcio é tratado com um agente de acoplamento, as extremidades inorgânicas e orgânicas do agente podem reagir com a sua superfície. Elas também podem reagir com resinas orgânicas e, ao mesmo tempo, formar ligações cruzadas com estas. Na presença de um agente de reticulação, também pode ocorrer reticulação. Esse efeito altera a polaridade da superfície do carbonato de cálcio, aumentando a adesão entre o carbonato de cálcio e a resina orgânica. Portanto, a adição de um agente de acoplamento pode aprimorar o processamento de produtos com carga de carbonato de cálcio, além de melhorar suas propriedades físicas e mecânicas.
Os agentes de acoplamento de titanato e aluminato são mais adequados, pois modificam a superfície do carbonato de cálcio. No entanto, o carbonato de cálcio tratado com agentes de acoplamento de titanato sofre alteração de cor devido à oxidação que ocorre quando utilizado em alguns polímeros. Durante o armazenamento ou processamento, a extremidade orgânica da molécula de titanato pode se romper por hidrólise ou alcoolise. Além disso, a temperatura de decomposição térmica do titanato é inferior à do aluminato. Portanto, é preferível utilizar agentes de acoplamento de aluminato para o tratamento do carbonato de cálcio.
O carbonato de cálcio é ativado por agentes de acoplamento de aluminato. As moléculas desses agentes são anfipáticas, possuindo uma extremidade inorgânica-fílica e outra orgânica-fílica. O agente de acoplamento atua na superfície do carbonato de cálcio. Os íons de cálcio e carbonato presentes na superfície das partículas entram em contato com a água do ar e sofrem hidrólise, criando uma superfície alcalina e oleofóbica com grupos hidroxila.
Os grupos hidroxila da superfície do carbonato de cálcio podem se ligar à extremidade inorgânica-fílica do agente de acoplamento aluminato. Essa combinação produz partículas de carbonato de cálcio com superfície modificada. Essas partículas de carbonato de cálcio possuem uma superfície modificada e são misturadas com resinas. As extremidades orgânicas das moléculas do agente de acoplamento podem se entrelaçar com as moléculas da resina. O agente de acoplamento ativa o carbonato de cálcio, melhorando sua afinidade com a resina orgânica. Ele modifica e fortalece a resina.