بررسی کربنات کلسیم پوشش دار

این ترکیب مواد منجر به دستیابی به خواص مطلوبی می شود. پرکننده های معدنی از جمله موادی هستند که برای بهبود

خواص مکانیکی، سختی سطح و غیره به بسپار افزوده می شوند. در این میان، کربنات کلسیم به لحاظ صنعتی به عنوان

یک پرکننده در مواد چندسازه، به خوبی شناخته شده و از اهمیت ویژه ای برخوردار است و همچنین کاربرد آن در صنایع

بسپاری رو به افزایش است.

 

 

 

کربنات کلسیم ( CaCO3 ) دارای دو گونه کربنات کلسیم آسیابی طبیعی (GCC) و کربنات کلسیم رسوبی ( PCC ) است .

اندازه ذرات آسیابی به طور معمول در حدود ۱۰ میکرومتر و اندازه ذرات PCC در حدود یک دهم نانومتر است. تولید PCC

نیازمند مراحل بسیاری از جمله یک فرآیند کربناته کردن است که در نتیجه باعث گران تر بودن ذرات PCC نسبت به ذرات

GCC می گردد.

 

کربنات کلسیم های تجاری به طور معمول خلوصی در محدوده ۹۵ – ۹۸ ٪ داشته و ناخالصی ها شامل اکسیدهای فلزی

مختلف می باشند. کربنات کلسیم، به عنوان یک ماده ارزان قیمت به طور گسترده ای در صنایع مختلف از جمله لاستیک،

پلاستیک، پوشش دهی، کاغذ،صنعت سیم و کابل برای مواد پی وی سی و غیره استفاده می شود. اما مشکلات در

ارتباط با استفاده از کربنات کلسیم شامل ماهیت آبدوست آن از یک طرف و عدم امتزاج پذیری آن با بسپارها از طرف دیگر

بوده که به طور قابل توجهی کارایی آن را محدود می کند .

 

با توجه به اهمیت این پرکننده معدنی در صنایع مختلف به ویژه صنعت پلاستیک، در این مقاله به چگونگی حل مشکلات

مذکور با تکنیک های مناسب و از جمله مهمترین آن که تکنیک پوشش دهی می باشد، پرداخته می شود.

 

پوشش دهی کربنات کلسیم

به طور کلی، با توجه به عدم سازگاری ذرات کربنات کلسیم با ماتریس بسپاری، اختلاط ضعیفی میان آن دو صورت گرفته و

ذرات معدنی کربنات کلسیم در محیط واکنش انباشته شده و پراکندگی ضعیفی در بسپار از خود نشان می دهند که این امر

منجر به محدودیت استفادها ز این پرکننده می گردد.

 

دلیل این مساله، ناسازگاری میان سطح آبدوست با انرژی بالای ذرات کربنات کلسیم با سطح انرژی پایین بسپارهای آبگریز

می باشد. برای به حداکثر رساندن اثر پرکننده در یک بسپار به ذرات کوچکتر نیاز است. با این حال، سطح انرژی ذرات با

کاهش اندازه آنها، افزایش یافته و در این حالت ذرات کربنات کلسیم تمایل شدیدی به تجمع با یکدیگر و تشکیل توده های

کلوخه ای در بسپار از خود نشان می دهند و در نتیجه پراکندگی مناسبی انجام نخواهد شد. لذا باید توجه داشت که این

مشکل باید قبل از استفاده از کربنات کلسیم به عنوان پرکننده، حل شود

 

پخش موثر ذرات معدنی کربنات کلسیم در ماتریس بسپاری و بهبود برهمکنش سطحی آنها را می توان با استفاده از تکنیک

های اصلاح کننده، تامین کرد. تکنیک اصلاح سطح یک راه موثر برای کاهش کشش سطحی و افزایش سازگاری ذرات و

ماتریس بسپار است. در این تکنیک با استفاده از عامل پراکنش سطح کربنات کلسیم به حالت آبگریز تبدیل می گردد.

که این امر منجر به بهبود پراکندگی ذرات در محیط بسپاری، مقاومت در برابر آب، بهبود خواص مکانیکی و همچنین تقویت

سامانه پلاستیکی می شود . در ذیل به تفضیل به بررسی عامل پخش کننده برای اصلاح سطح ذرات کربنات کلسیم

پرداخته می شود.

 

عامل پراکنش

عامل پراکنش عاملی است که به ذرات پرکننده می چسبد اما، با بسپار اطرافش هیچ برهمکنش قوی و یا ویژه ای ایجاد

نمی کند. عامل پراکنش یکی از بسیاری از انواع عوامل سطح فعال (عاصف) هستند که ساختار آن از دو بخش (یا بیشتر)

با شیمی متفاوت و مجزا و در نتیجه، خواص مختلف تشکیل شده است.

 

 

 

ساختار کلی یک عامل پراکنش شامل ساختار A-B )Anchor Buffer ) است یعنی این ترکیبات دارای یک سر و یک دم

هستند. حالت های مختلفی از نحوه عملکرد عامل پخش کننده شناخته شده است، اما اصلی ترین آنها شامل پایداری

فضایی، پایداری بار و حالت سوم ترکیبی از این دو، به نام پایداری الکترواستاتیکی است.

 

در سامانه های بسپاری، پایداری فضایی ارجحیت داشته و مشروط به سه عامل ذیل است:

 

۱- اتصال محکم “سر” عامل پخش کننده به ذرات

۲- انحلال / سازگاری “دم” عامل پراکنش با ماتریس بسپاری

۳-کافی بودن طول “دم” عامل پراکنش برای جلوگیری از نزدیکی ذرات به یکدیگر به واسطه نیروهای واندروالسی و جلوگیری

از انباشته شدن آنها عوامل سطح فعال (عاصف) دارای گروه های عامل فعالی هستند که به منظور بهبود خواص ذرات

کربنات کلسیم از آنها استفاده می شود. در میان انواع عاصف ها برای پوشش دهی سطح کربنات کلسیم به طور گسترده

ای از اسیدهای چرب و معمولا اسید استئاریک استفاده می شود. ساختار شیمیایی اسید استئاریک در شکل زیر آورده شده است.

 

 

اسید استئاریک پیوندهای یونی پایداری با سطح کربنات کلسیم تشکیل می دهد که این امر منجر به ارجحیت استفاده از

این عامل پراکنش برای پرکننده ها در اکثر کاربردهای تجاری به علت عملکرد خوب و هزینه کم آن است. با این حال، باید

توجه داشت که برای هر ذره باید عامل پراکنش مناسب در نظر گرفته شود.

 

به عنوان مثال، اسید استئاریک بر سیلیکا (SiO2) موثر نیست، زیرا نمی تواند به گروه های سطح، که عمدتاً سیلانول ها

هستند، متصل شوند تکنیک های پوشش دهی معمول برای کربنات کلسیم در مقیاس آزمایشگاهی، شامل دو روش

خشک و روش محلول می باشد. در یکی از انواع روش های خشک که برای پوشش دهی کربنات کلسیم استفاده می

شود، کربنات کلسیم تا دمایی بالاتر از نقطه ذوب اسید استئاریک گرم شده و سپس در این دما اسید استئاریک به مخلوط

کن افزوده می شود.

 

در مورد انواع کربنات کلسیم رسوبی به دلیل اینکه تهیه آنها به واسطه فرآیندهای خیس صورت می گیرد، فرآیند پوشش

دهی در آنها بسیار مطلوب می باشد. البته دستیابی به سطح پوشش یافته با استفاده از آسیا کردن نیز انجام می گیرد.در

نتیجه استفاده از تکنیک پوشش دهی، یک لایه از مولکول های آلی آب گریز به سطح مواد معدنی متصل می شود.

 

ساختار و خواص فیلم آلی ایجاد شده تأثیر زیادی بر روی خواص نهایی چندس ازه دارد زیرا این فیلم محل اتصال بین دو فاز

ناهمگن است. تهیه کربنات کلسیم پوشش دار، هم از کربنات کلسیم آسیابی و هم رسوبی انجام می شود و تقریباً اکثر

محصولاتی که به صورت تجاری در دسترس هستند به صورت پوشش داده شده با اسیداستئاریک یا استئارات کلسیم

می باشند.

 

تصاویر SEM کربنات کلسیم رسوبی پوشش داده نشده و همچنین کربنات کلسیم پوشش دار در شکل زیر ارائه شده است

با تغییر ماهیت ذرات کربنات کلسیم پوشش دار از آب دوست به آب گریز، حداکثر پراکندگی در ماتریس بسپاری، فراورش

آسان تر آمیزه های با درصد پرکننده بالا و هم چنین استحکام ضربه بالاتر در پلی الفین پر شده با کربنات کلسیم پوشش دار

نسبت به کربنات کلسیم پوشش داده نشده امکان پذیر می گردد.

 

 

 

با استفاده از کربنات کلسیم پوشش دار در یک مقدار ثابت از پرکننده، گرانروی کاهش و در نتیجه بهره وری بهبود می یابد. از

طرف دیگر امکان بارگذاری بیش تر پرکننده با حفظ میزان گرانروی در شرایط استفاده از عامل پراکنش، افزایش می یابد.

همچنین استفاده از کربنات کلسیم پوشش دار منجر به افزایش مقاومت ضربه نیز می گردد.

 

نتیجه گیری

کربنات کلسیم، ماده ارزان قیمت و پرمصرفی است که به طور گسترده در صنعت پلاستیک استفاده می شود. اما کربنات

کلسیم آب دوست است و با بسپارها به خوبی مخلوط نمی شود لذا این پرکننده باید با تکنیک پوشش دهی با استفاده از

عوامل پراکنش که مهم ترین آن اسید استئاریک می باشد، اصلاح شده تا قابلیت اختلاط بسیار مناسب با بسپارها را به

دست آورد.

 

منبع : مجله بسپار/ شماره ۱۶۳