Canxi cacbonat là một nguyên liệu hóa học quan trọng và được sử dụng rộng rãi. Nó được ứng dụng rộng rãi như một chất gia cường và chất độn trong các ngành công nghiệp như cao su, sản xuất giấy, mực, lớp phủ, nhựa, thực phẩm và mỹ phẩm. Dựa trên phương pháp sản xuất, nó có thể được chia thành canxi cacbonat nhẹ, canxi cacbonat nặng và nano-canxi cacbonat. Biến tính canxi cacbonat là điều cần thiết để cải thiện hiệu suất của nó và thích ứng với các ứng dụng công nghiệp khác nhau.
Canxi cacbonat nhẹ, còn được gọi là canxi cacbonat kết tủa, được tạo ra bằng phương pháp xử lý hóa học. Canxi cacbonat nặng, còn được gọi là canxi cacbonat nghiền, được sản xuất bằng cách nghiền cơ học đá vôi tự nhiên, canxit và phấn. Có sự khác biệt về kích thước hạt và đặc điểm bề mặt giữa canxi cacbonat nặng và nhẹ, dẫn đến sự khác biệt về hiệu suất. Canxi cacbonat nano đề cập đến các sản phẩm canxi cacbonat có kích thước hạt từ 1 đến 100 nm, bao gồm các sản phẩm siêu mịn và siêu siêu mịn.
Tại sao cần phải sửa đổi?
Sửa đổi bề mặt là điều cần thiết để nâng cao hiệu suất ứng dụng của canxi cacbonat, cải thiện khả năng ứng dụng và mở rộng thị trường sử dụng. Trong tương lai, chức năng hóa và chuyên môn hóa sẽ là xu hướng chính trong phát triển canxi cacbonat. Biến tính có thể làm giảm giá trị hấp thụ dầu của canxi cacbonat và cải thiện khả năng phân tán của nó để ngăn ngừa kết tụ. Nó cũng tăng cường khả năng tương thích của canxi cacbonat với các chất nền hữu cơ và tăng giá trị sản phẩm. Điều này có lợi cho việc mở rộng thị trường ứng dụng cao cấp. Nhu cầu về các sản phẩm canxi cacbonat chuyên dụng, biến tính bề mặt khác nhau sẽ tiếp tục tăng.
Tóm tắt các phương pháp sửa đổi
Phương pháp biến tính canxi cacbonat nặng
Sửa đổi lớp phủ vật lý:
Biến đổi lớp phủ vật lý liên quan đến việc trộn chất biến đổi với canxi cacbonat nặng theo một tỷ lệ nhất định. Dưới tác động của lực phân tán, chất biến đổi được hấp phụ lên bề mặt canxi cacbonat nặng thông qua các lực vật lý, chẳng hạn như lực van der Waals hoặc lực hút tĩnh điện. Quá trình này tạo thành lớp phủ một lớp, hai lớp hoặc nhiều lớp trên bề mặt.
Sửa đổi hóa học bề mặt:
Biến tính hóa học bề mặt là quá trình mà các chất biến tính phản ứng hóa học hoặc hấp phụ hóa học vào các vị trí hoạt động trên bề mặt của các hạt canxi cacbonat nặng. Các nhóm chức năng trong các phân tử chất biến tính tương tác với bề mặt của canxi cacbonat. Điều này dẫn đến việc chất biến tính phủ lên bề mặt của canxi cacbonat nặng, tăng cường khả năng tương thích và khả năng phân tán giữa canxi cacbonat nặng và ma trận hữu cơ. Do đó, nó cải thiện hiệu suất xử lý và các tính chất cơ lý của vật liệu composite.
Lực cơ học Biến đổi hóa học：
Biến đổi hóa học lực cơ học liên quan đến việc sử dụng các phương pháp cơ học như nghiền và ma sát để gây ra sự dịch chuyển trong mạng lưới các hạt canxi cacbonat nặng, dẫn đến thay đổi cấu trúc tinh thể. Đồng thời, nhiệt độ của hệ thống tăng lên và năng lượng bên trong tăng lên.
Trong sản xuất công nghiệp canxi cacbonat nặng, quá trình nghiền và biến tính bề mặt thường được thực hiện riêng biệt. Tuy nhiên, nếu chất biến tính được thêm vào trong quá trình nghiền, nó không chỉ tăng cường hiệu ứng biến tính bề mặt bằng lực cơ học khi nghiền mà còn ngăn ngừa sự kết tụ do các hạt canxi cacbonat quá mịn gây ra.
Sửa đổi lắng đọng bề mặt：
Sự biến đổi lắng đọng bề mặt liên quan đến việc sử dụng các phương pháp thích hợp để kết tủa chất biến đổi lên bề mặt của canxi cacbonat nặng. Đây là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để biến đổi bề mặt các chất màu khoáng vô cơ.
Phương pháp này phù hợp với sản xuất công nghiệp với quy trình đơn giản. Bằng cách kiểm soát các điều kiện phản ứng, có thể đạt được kích thước hạt và độ tinh khiết phù hợp.
Phương pháp biến tính canxi cacbonat nhẹ
Sửa đổi axit béo (muối)：
Axit stearic (muối) là chất biến tính bề mặt được sử dụng phổ biến nhất cho canxi cacbonat. Quá trình biến tính có thể được thực hiện thông qua phương pháp khô hoặc ướt, với phương pháp ướt yêu cầu muối axit stearic như natri stearat.
Bên cạnh axit stearic (muối), các axit béo khác (este) như phosphat và sulfonat cũng có thể được sử dụng.
Nghiên cứu cho thấy việc biến tính canxi cacbonat bằng este phosphate polyme đặc biệt (ADDP) làm cho bề mặt kỵ nước và ưa dầu. Điều này làm giảm kích thước hạt kết tụ trung bình trong dầu.
Canxi cacbonat biến tính được xử lý bằng axit béo (muối) chủ yếu được sử dụng để làm đầy nhựa PVC, vật liệu cáp, chất kết dính, mực và lớp phủ.
Sửa đổi tác nhân ghép nối：
Chất kết dính là hợp chất lưỡng tính liên kết hóa học với nhóm hydroxyl trên bề mặt canxi cacbonat. Các nhóm phân cực của chất kết dính phản ứng với các nhóm chức năng trên các hạt canxi cacbonat, tạo thành các liên kết hóa học ổn định. Đầu kia của chất kết dính có thể phản ứng hóa học hoặc vật lý vướng víu với các polyme hữu cơ, liên kết chặt chẽ hai vật liệu có độ phân cực khác nhau. Điều này dẫn đến khả năng tương thích tốt và tăng cường các tính chất vật lý và cơ học của vật liệu composite.
Chất liên kết có thể được phân loại thành silan, titanat, aluminat, titanat-aluminat, aluminat zirconi và phức chất dựa trên cấu trúc của chúng.
Biến tính polyme:
Biến tính bề mặt polyme của canxi cacbonat có thể cải thiện độ ổn định của nó trong các pha hữu cơ hoặc vô cơ (hệ thống). Các polyme này bao gồm oligomer, đại phân tử và polyme hòa tan trong nước như polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, poly(maleic acid), polyacrylic acid, copolymer alkoxy styrene-styrene sulfonic acid, polypropylene, polyethylene và các loại khác.
Sửa đổi Plasma và Bức xạ：
Sử dụng hệ thống phóng điện plasma cảm ứng với khí hỗn hợp argon (Ar) và propylene (C3H6) có độ tinh khiết cao làm khí xử lý plasma, tiến hành biến tính plasma nhiệt độ thấp bột canxi cacbonat nặng (lưới 1250). Kết quả cho thấy chất độn canxi cacbonat được xử lý bằng khí hỗn hợp Ar-C3H6 có độ bám dính giao diện tốt hơn với polypropylen (PP).
Phương pháp biến tính nano canxi cacbonat
Sửa đổi phản ứng hóa học cục bộ：
Biến đổi phản ứng hóa học cục bộ liên quan đến việc thêm tác nhân xử lý (như tác nhân liên kết, chất hữu cơ hoặc vô cơ). Các nhóm chức năng trên bề mặt của nano-canxi cacbonat phản ứng với tác nhân xử lý để đạt được biến đổi. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhất để biến đổi bề mặt của nano-canxi cacbonat.
Có hai quy trình chính: phương pháp khô và phương pháp ướt. Trong phương pháp khô, bột nano canxi cacbonat và chất điều chỉnh bề mặt được thêm tuần tự vào chất điều chỉnh. Phương pháp này phù hợp để điều chỉnh bề mặt bằng cách sử dụng tác nhân liên kết.
Sửa đổi lớp phủ bề mặt：
Sửa đổi lớp phủ bề mặt là phương pháp mà các hạt nano-canxi cacbonat được kết nối với vật liệu phủ thông qua lực van der Waals hoặc phương pháp vật lý. Một chất sửa đổi bề mặt hoặc chất siêu phân tán được thêm vào dung dịch chuẩn bị nano-canxi cacbonat. Trong quá trình sản xuất nano-canxi cacbonat, chất sửa đổi bề mặt phủ lên bề mặt của canxi cacbonat, tạo ra sản phẩm cuối cùng tồn tại dưới dạng các hạt đồng nhất.
Sửa đổi chất độn Masterbatch：
Chất độn masterbatch là một loại chất độn mới, được tạo ra bằng cách trộn một tỷ lệ nhất định của masterbatch nhựa, canxi cacbonat và chất hoạt động bề mặt. Quá trình này làm thay đổi bề mặt của canxi cacbonat trong khi sản xuất chất độn masterbatch. Các loại chất độn masterbatch phổ biến bao gồm masterbatch canxi cacbonat sáp polyethylene, masterbatch canxi cacbonat polypropylene không đều (masterbatch APP) và chất độn masterbatch canxi cacbonat nhựa.
Sửa đổi bề mặt hiệu suất cao：
Phương pháp này sử dụng plasma hoặc bức xạ năng lượng cao (như tia X hoặc tia γ) để biến đổi. Biến đổi bề mặt plasma của bột CaCO3 chủ yếu sử dụng công nghệ trùng hợp plasma. Đầu tiên, các monome được hoạt hóa để tạo ra các gốc tự do dạng khí.
Các gốc này hấp thụ vào bề mặt rắn, trở thành các gốc tự do bề mặt. Sau đó, chúng trải qua quá trình trùng hợp với các monome pha plasma hoặc pha khí. Quá trình này tạo thành một lớp màng polyme trên bề mặt canxi cacbonat, đạt được sự biến đổi.
Phần kết luận
Tóm lại, biến tính bề mặt là phương pháp quan trọng để cải thiện hiệu suất ứng dụng, mở rộng khả năng sử dụng và tăng nhu cầu thị trường đối với canxi cacbonat. Sau khi biến tính bề mặt, canxi cacbonat chuyển từ chất độn truyền thống sang chất biến tính đa chức năng, cung cấp nhiều ứng dụng hơn và phổ biến hơn.
Trong tương lai, chức năng hóa và chuyên môn hóa sẽ trở thành xu hướng chính trong phát triển canxi cacbonat. Cấu trúc sản phẩm cũng sẽ có những thay đổi đáng kể. Các sản phẩm cao cấp như canxi cacbonat nano, canxi cacbonat siêu mịn, canxi cacbonat cấp y tế và cấp thực phẩm, và các loại canxi cacbonat chuyên dụng biến tính bề mặt khác nhau (ví dụ, cho cao su thiên nhiên, cao su tổng hợp, lớp phủ, nhựa PVC/PP/ABS) sẽ chứng kiến nhu cầu thị trường ngày càng tăng. Chất lượng của các sản phẩm canxi cacbonat có giá trị cao này chắc chắn sẽ là chìa khóa cho sự tồn tại và phát triển của các doanh nghiệp.
bột sử thi
Epic Powder, hơn 20 năm kinh nghiệm làm việc trong ngành bột siêu mịn. Tích cực thúc đẩy sự phát triển trong tương lai của bột siêu mịn, tập trung vào quá trình nghiền, xay, phân loại và sửa đổi bột siêu mịn. Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn miễn phí và các giải pháp tùy chỉnh! Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi tận tâm cung cấp các sản phẩm và dịch vụ chất lượng cao để tối đa hóa giá trị chế biến bột của bạn. Epic Powder—Chuyên gia chế biến bột đáng tin cậy của bạn!
