Carbonatos de calcio
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Carbonato de calcio
El carbonato de calcio (piedra caliza, tiza) representa alrededor del 65% del consumo total de relleno en plásticos con un uso mundial anual de alrededor de seis millones de toneladas. También es el relleno más utilizado en términos de número de aplicaciones. Los grados más baratos tienen un precio bajo y se utilizan principalmente para reducir costos. Por el contrario, los grados más finos tienen un precio de un orden de magnitud superior y se utilizan para modificar varias propiedades, tanto durante el procesamiento como de los compuestos finales. La clasificación principal es entre minerales naturales y grados precipitados sintéticamente. Los carbonatos de calcio molidos en seco se encuentran entre los menos costosos rellenos blancos disponibles. Los productos de suelo húmedo se producen en rangos de tamaño de partícula más finos. Los productos finos y ultrafinos de suelo húmedo también se venden en forma de suspensión de 75% de sólidos para aplicaciones de pintura y papel de alto volumen. El carbonato de calcio precipitado (PCC) se produce para aplicaciones que requieren mayor brillo, mejor extensión de TiO2, menor tamaño de partícula, mayor área superficial, menor abrasividad o mayor pureza. El carbonato de calcio es el relleno blanco más utilizado en pinturas debido a su bajo costo, alto brillo para la extensión de TiO2, alta pureza, baja abrasividad y resistencia a la intemperie. Los PCC y los grados ultrafinos de suelo húmedo contribuyen a la reología y la estabilidad y proporcionan una buena retención de la piel seca y el brillo. El carbonato de calcio también es el relleno más utilizado en adhesivos y selladores. Las calidades más gruesas se utilizan a altas cargas en los cementos para juntas de paneles de yeso y en adhesivos premezclados para losetas de paredes gruesas. Los grados de molienda fina se usan como rellenos de uso general en la mayoría de los tipos de adhesivos, selladores y rellenos de espacios, ya que permiten cargas económicamente altas sin afectar negativamente el flujo. Los adhesivos y selladores a base de polímeros de alto rendimiento utilizan PCC recubierto con estearato y productos naturales ultrafinos para controlar el flujo y la caída en la aplicación, y para proporcionar un módulo bajo con buenas propiedades de rotura y tracción en el estado curado. El carbonato de calcio molido es el relleno más común en los plásticos debido a su bajo costo, baja abrasión, baja absorción de aceite, baja humedad, alto brillo y fácil dispersión. Estos atributos también explican su uso generalizado en el caucho, donde se puede usar a cargas muy altas con poca pérdida de suavidad, alargamiento o resistencia del compuesto. PCC se utiliza en plásticos para mejorar la resistencia al desgaste y al impacto, brillo superficial, resistencia a la intemperie, control de contracción, propiedades de baja y alta temperatura y propiedades dieléctricas, y para reducir la migración del plastificante y la formación de grietas en las piezas moldeadas. En caucho, el PCC ultrafino recubierto de estearato se utiliza por su baja absorción de humedad, buena dispersión y buen contacto elastómero-relleno, impartiendo buena resistencia a la tracción, resistencia al desgarro, elasticidad, resistencia a la abrasión y resistencia a la grieta flexible. El carbonato de calcio, particularmente PCC, es el relleno y revestimiento de papel predominante en la fabricación de papel alcalino, donde proporciona opacidad, alto brillo y buena receptividad de tinta. La clasificación principal es entre minerales naturales y grados precipitados sintéticamente.Introducción al carbonato de calcio
Existen dos tipos principales de carbonato de calcio: el carbonato de calcio pesado (comúnmente conocido como calcio pesado) y el carbonato de calcio ligero (comúnmente conocido como calcio ligero). El calcio pesado se produce mediante métodos mecánicos (utilizando un molino Raymond u otro molino de alta presión) para triturar directamente calcita natural, piedra caliza, tiza, conchas, etc. El calcio ligero, también conocido como carbonato de calcio precipitado, se produce calcinando materias primas como la piedra caliza para producir cal, añadiendo agua para digerir la cal y producir lechada de cal, pasando dióxido de carbono por precipitación por carbonización y, finalmente, deshidratándola, secándola y triturándola. Como alternativa, el carbonato de sodio y el cloruro de calcio se utilizan primero en una reacción de metátesis para precipitar el carbonato de calcio, y posteriormente se preparan mediante deshidratación, secado y pulverización. Debido a los diferentes métodos de preparación, el calcio ligero presenta un gran volumen de acumulación y una apariencia ligera. De hecho, la diferencia de densidad entre ambos es muy pequeña. La densidad del calcio ligero es de 2,4 a 2,7 g/cm³, y la del calcio pesado es de 2,7 a 2,9 g/cm³. El tamaño de partícula del calcio pesado es generalmente mayor, la distribución es más amplia y la forma de las partículas es irregular. Mientras que el calcio ligero tiene forma cristalina y un tamaño de partícula menor.
Indicadores técnicos del carbonato de calcio
Algunos de los principales indicadores técnicos del carbonato de calcio son: tamaño de malla, blancura y contenido de carbonato de calcio.
Tamaño de malla: El tamaño de malla se refiere al número de agujeros en una malla en un área determinada. Cuanto mayor sea el tamaño de malla, menor será el tamaño de partícula y más complejo será el proceso de fabricación. Cuanto mayor sea la malla, mayor será la actividad de las partículas de relleno, más fácil será su adhesión a la matriz plástica y mejor será la compatibilidad, pero peor será la dispersabilidad. Los tamaños de malla más comunes son 400, 600, 800, 1000, 1200 y 2000. Generalmente, los rellenos con tamaños de malla grandes deben recibir un tratamiento superficial para mejorar su dispersabilidad.
Blancura: Dado que el carbonato de calcio puro es blanco, cuanto mayor sea la pureza del producto, más blanco será el producto y menor será la variación de color. La ferrita, el silicio, etc., pueden hacer que el producto se vea amarillo, oscuro o con alguna otra apariencia abigarrada. Generalmente, cuando la blancura es superior al 90%, el carbonato de calcio puede usarse como colorante blanco para plásticos, pero muchos fabricantes no se conforman con el estándar del 90% e incluso han lanzado productos con una blancura de hasta el 97%. Los productos con mayor blancura tienen mayor calidad, menos impurezas y son menos propensos a dañar los equipos de procesamiento. Al teñirse, el color es más puro y estable.
Contenido de carbonato de calcio: Se refiere al contenido de carbonato de calcio en las materias primas de piedra caliza, que también se puede definir como pureza.
Se pueden producir varias formas cristalinas. Estas formas se utilizan para construir minerales y rocas. Estos se definen a continuación. Hay tres formas cristalinas que se utilizan principalmente en la producción de relleno de carbonato de calcio:
Calcita un mineral también llamado calcspar que tiene forma romboédrica trigonal o escalenoédrica trigonal cristales ortorrómbicos de aragonito Las diferencias entre estas tres formas y las compara con la morfología de los rellenos que tienen estas formas cristalinas así como con diagramas esquemáticos de los cristales. Durante el proceso biológico de formación, cada organismo produce una forma cristalina específica. Por ejemplo, el nácar o la perla en sí son aragonito. Aquí la capa prismática está formada por calcita.
La aragonita es una forma menos estable y se puede convertir por calentamiento en calcita. Ambos minerales se pueden distinguir fácilmente por sus propiedades físicas como densidad (aragonito 2,9 y calcita 2,7), índice de refracción (aragonito 1,7, calcita con dos índices de refracción de 1,49 y 1,66 que provoca un doble efecto de refracción), y dureza (aragonito 3,5- 4 y calcita 3).
Hay varios otros minerales y rocas asociados con el carbonato de calcio:
- Creta una roca sedimentaria de textura suave formada a partir de nanofósiles
- Dolomita mineral compuesto de carbonato de calcio y magnesio
- Piedra caliza roca sedimentaria consolidada
- Mármol una roca metamórfica originalmente compuesta de calcita, aragonita o dolomita que se recristalizó a una roca densa bajo la influencia de alta presión y temperatura. Su color depende de las mezclas (p. Ej., El óxido de hierro da una coloración de amarillo a parduzco, el mármol de Carrara es blanco debido a su alta pureza)
- Depósitos de travertino de agua de manantial en forma de calcita o aragonito que se forman en las cuevas, goteos (estalactitas y estalagmitas) Modificación del carbonato de calcio que es muy inestable y se convierte fácilmente en calcita
La revisión anterior de la formación de rocas y minerales indica que no todos los carbonatos de calcio son iguales. Su tipo y propiedades dependen de su historia de formación. Además de los procesos de formación anteriores, la presencia de aditivos también determina el proceso utilizado para extraer o refinar el relleno y su utilidad. Otros minerales como los silicatos y las arcillas se forman simultáneamente y dentro del carbonato de calcio y en conjunto forman una amplia gama de mezclas que deben procesarse. Este aspecto de la producción se subraya en reconocimiento de que es muy importante para el proceso de un producto final utilizar un grado particular de material que depende de la tecnología de producción y el lugar de origen. Se utilizan tres procesos tecnológicos principales en la producción de carga de carbonato de calcio. Estos son molienda, precipitación y recubrimiento. Más del 90% de carbonato de calcio se procesa mediante molienda. Se utilizan dos métodos: seco y húmedo.
Carbonato de calcio minerales naturales
Todos los grados comerciales de carbonato de calcio natural se basan en depósitos de calcita, que varían en pureza, color y tamaño de cristalita. Estos factores dependen de la génesis y el historial posterior de temperatura-presión. La tiza suele ser de color blanquecino y está compuesta de pequeños cristales que se desintegran fácilmente. El mármol, por metamorfosis, presenta grandes cristales y se pueden encontrar depósitos muy blancos. La piedra caliza es una de varias formas intermedias y varía de blanco a gris o de color beige, debido principalmente a las impurezas de hierro. Todos los grados comerciales de carbonato de calcio natural se basan en depósitos de calcita, que varían en pureza, color y tamaño de cristalito. Estos factores dependen de la génesis y del historial subsiguiente de presión de temperatura. La tiza generalmente es de color blanquecino y está compuesta de pequeños cristales que se desintegran fácilmente. El mármol, por metamorfosis, tiene cristales grandes y se pueden encontrar depósitos muy blancos. La piedra caliza es una de varias formas intermedias y varía de blanco a gris o de color beige, debido principalmente a las impurezas de hierro.Procesamiento de carbonato de calcio naturales
El procesamiento en seco implica secado, molienda, clasificación del aire y, a veces, tratamiento de la superficie. Los molinos de rodillos, los molinos de bolas, los molinos de clavijas y los molinos de clavijas se utilizan junto con una amplia gama de clasificadores de aire. El clasificador controla el tamaño de partícula 'corte superior' (97% en masa más fina). Este tamaño superior puede variar de 100 Jlm a menos de 5 Jlm. El tamaño medio de partícula (50% más fino) está influenciado no solo por el clasificador pero también por el tipo de molino, el tamaño original del cristalito y la resistencia a la conminución. Es importante distinguir entre partículas y cristales. Los primeros pueden ser cristales individuales enteros, fragmentos de cristales o aglomerados fuertes de cristales.
Tratamiento de superficie de carbonato de calcio naturales
Los silanos no son capaces de reaccionar con una superficie de carbonato y los titanatos encuentran un uso limitado, principalmente para la reducción de la viscosidad en las resinas termoendurecibles. Por el contrario, grandes cantidades de carbonato de calcio se tratan superficialmente con ácido esteárico. Esto se lleva a cabo normalmente a temperatura elevada bajo alta mezcla de cizallamiento y el ácido esteárico se convierte en gran medida en estearato de calcio. Si bien estos productos recubiertos con estearato se usan ampliamente en termoplásticos y termoestables, el mayor uso de volumen es en compuestos de PVC de todo tipo (es decir, uPVC, PVC plastificado y plastisoles de PVC). Las razones para usar un revestimiento de estearato varían de una aplicación a otra. Estos incluyen características mejoradas de procesamiento, propiedades mecánicas y propiedades eléctricas (debido a una mejor resistencia a la humedad) y una absorción reducida de aditivos menores.
Carbonato de calcio precipitados sinteticamente (PCC)
PCC normalmente se fabrica a partir de carbonato de calcio natural por calcinación de CaO+C02, despues se hidratata para dar una suspensión de Ca(OH)2 , sigue la filtración y precipitación de CaCO3 usando carbono dióxido. se filtra , se seca y se desaglomera.
Tratamiento de la superficie
El tratamiento de la superficie, con mayor frecuencia con ácido esteárico, se lleva a cabo en la etapa de suspensión, ya que esta es una ruta de recubrimiento eficiente pero también porque el recubrimiento de estearato hidrofóbico proporciona una deshidratación más económica. La PCC también se trata superficialmente con materiales como el polibutadieno carboxilado. En este caso, los grupos carboxilo reaccionan con la superficie de manera similar al ácido esteárico, pero los dobles enlaces están disponibles para la reacción con polímeros. La carga se puede recubrir previamente o el polibutadieno carboxilado se puede agregar por separado durante la composición. Este tipo de recubrimiento se usa generalmente para elastómeros de caucho o termoplásticos donde los dobles enlaces se pueden usar para proporcionar acoplamiento y refuerzo. En general, PCC se usa donde el tamaño clave de las partículas es el factor clave. Esto influye principalmente en las propiedades mecánicas y el acabado de la superficie. El buen color y la alta pureza también son propiedades beneficiosas en ciertas aplicaciones. En un área específica, las propiedades químicas son críticas. Esto está en compuestos de cable de PVC diseñados específicamente para limitar la evolución de cloruro de hidrógeno en un incendio. PCC, que tiene una superficie específica mucho más alta que los carbonatos de calcio naturales, reacciona mucho más rápido con el HCI evolucionado, reduciendo las emisiones a la atmósfera.
El ácido esteárico es el tratamiento tradicional utilizado para el carbonato de calcio, este es muy similar al ácido láurico que utilizamos. Ambas moléculas están compuestas por una larga cola de hidrocarburos cubierta con un grupo de ácido carboxílico. Como se esperaba, el ácido láurico es un químico de tratamiento muy efectivo que se adhiere en grandes cantidades a las partículas, dando así una buena dispersión. Sin embargo, también podemos ver que el grupo amina y el grupo triclorosilano son tan efectivos como el ácido láurico. Este es un hallazgo importante. Aún más emocionante es que el grupo de anhídrido succínico proporciona una dispersión aún mejor que cualquier otro aditivo, incluido el ácido carboxílico estándar de la industria.
Combinación de talco y carbonato
La combinación de talco y carbonato de calcio en un compuesto combina algunos de los beneficios de cada relleno (y ayuda a ocultar sus debilidades). Por ejemplo, agregar las partículas de talco en forma de placa con partículas de carbonato de calcio, según se informa, introduce la alta rigidez del talco sin perder tanta resistencia al impacto como en los compuestos de poliolefina de talco.
Carbonato de calcio como relleno en plásticos
El carbonato de calcio se ha utilizado durante muchos años como relleno inorgánico en plásticos. Anteriormente, se utilizaba generalmente como relleno para reducir costos y obtener mejores resultados. En los últimos años, gracias a su uso generalizado en la producción y a numerosos estudios, se ha comprobado que añadir grandes cantidades de carbonato de calcio no reduce significativamente el rendimiento del producto, e incluso mejora significativamente algunos aspectos, como las propiedades mecánicas y térmicas.
Aplicaciones del carbonato de calcio
El carbonato de calcio tiene una amplia gama de aplicaciones y se puede utilizar para la mayoría de los plásticos. La adición de carbonato de calcio tiene cierto efecto en la mejora de ciertas propiedades de los productos plásticos y amplía su gama de aplicaciones. Puede reducir la contracción de la resina, mejorar el comportamiento reológico y controlar la viscosidad en el procesamiento de plásticos. También pueden desempeñar las siguientes funciones:
(1) Mejorar la estabilidad dimensional de los productos plásticos;
(2) Mejorar la dureza y rigidez de los productos plásticos;
(3) Mejorar el rendimiento de procesamiento de los plásticos;
(4) Mejorar la resistencia térmica de los productos plásticos;
(5) Mejorar el astigmatismo de los plásticos;
(6) Conferir propiedades especiales al producto;
(7) Reducir el coste de los productos plásticos.
Para plásticos generales, 400 mallas suelen ser suficientes. Rellenar el plástico con carbonato de calcio es como añadirle un esqueleto, lo que mejora su estabilidad dimensional y dureza, además de mejorar en cierta medida su resistencia a la abrasión y brillo. Se utiliza comúnmente para láminas y tuberías de PP, PE y PVC. El carbonato de calcio es atóxico, insípido y ecológico. Es un mineral común en la naturaleza. Es adecuado para añadirlo a plásticos biodegradables y envases de plástico para alimentos sin dañar a las personas ni al medio ambiente. Estudios también han demostrado que los plásticos biodegradables suplementados con carbonato de calcio se degradan más rápidamente en el suelo. El carbonato de calcio ligero tiene una característica: es relativamente oleofóbico y se adsorbe fácilmente por los plastificantes presentes en los plásticos, lo que resulta en un efecto plastificante deficiente. Para mejorar esta situación, se puede modificar el carbonato de calcio.
