Você já se perguntou por que alguns produtos plásticos superam outros em resistência, durabilidade e custo-benefício? O segredo muitas vezes não está no polímero base em si, mas no sofisticado mundo da modificação de plásticos por meio de cargas funcionais. Esses pós minerais, quando selecionados e incorporados corretamente, podem melhorar drasticamente as propriedades do material, reduzindo os custos de produção.
Nesta primeira parte da nossa série, descobriremos como pós de aparência comum transformam plásticos em materiais de alto desempenho. Do amplamente utilizado carbonato de cálcio ao talco e à wollastonita especializados, cada carga traz vantagens únicas aos compósitos poliméricos. Junte-se a nós para explorar a ciência por trás dessas "estrelas das cargas" e descobrir como elas contribuem para a criação de produtos plásticos melhores e mais inteligentes.
Carbonato de cálcio
O carbonato de cálcio (CaCO₃) é atualmente a carga inorgânica em pó mais utilizada. É barato, abundantemente disponível, atóxico, inodoro, oferece um nível de brancura de até 96%, pode ser facilmente colorido e possui boa estabilidade química. Também é fácil de secar, o que o torna amplamente aplicável em diversos plásticos. Do ponto de vista das cargas, o carbonato de cálcio pode ser dividido em três categorias: carbonato de cálcio pesado, carbonato de cálcio leve e carbonato de cálcio ativado.
Carbonato de cálcio pesado
O carbonato de cálcio pesado, abreviado como cálcio pesado, é produzido por britagem mecânica, peneiramento, classificação e tratamento de superfície de materiais como o calcário. Com base no método de britagem, ele é classificado em carbonato de cálcio pesado de processo a seco (comercialmente conhecido como pó de duplo voo) e carbonato de cálcio pesado de processo úmido. Como é britado mecanicamente, as partículas têm formato irregular e variam em tamanho, com um diâmetro médio de partícula de 1–10 μm. Entre estes, 50% está abaixo de 3 μm. A densidade varia de 2,7 a 2,9 g/cm³ e é quase insolúvel em água. Nos últimos anos, os avanços nas tecnologias de britagem (como moagem a jato) e classificação permitiram a produção de produtos ainda mais finos, incluindo carbonato de cálcio pesado ultrafino com partículas tão pequenas quanto 0,1 μm. O carbonato de cálcio pesado é comumente usado em PVC para reduzir custos e melhorar a estabilidade dimensional. Quando usado em combinação com argila, aumenta a elasticidade e a resistência ao calor.
Carbonato de Cálcio Leve
Carbonato de cálcio leve, abreviado como cálcio leve, é um carbonato de cálcio produzido quimicamente, também conhecido como carbonato de cálcio precipitado. Suas partículas são, em sua maioria, fusiformes, aciculares ou colunares, com diâmetros de 1 a 10 μm. Dentre elas, a 80% tem menos de 3 μm e densidade de 2,65 g/cm³. O carbonato de cálcio leve é frequentemente utilizado em poliolefinas, servindo à mesma finalidade do carbonato de cálcio pesado. Oferece melhores efeitos de reforço e maior resistência a ácidos.
Carbonato de cálcio ativado
O carbonato de cálcio ativado, também conhecido como carbonato de cálcio coloidal ou carbonato de cálcio modificado, é conhecido como "Hakuenka" no Japão. É produzido pela modificação da superfície de pó de carbonato de cálcio leve ou pesado com um agente de tratamento de superfície (como ácido esteárico, com uma fração mássica de cerca de 3%). Apresenta-se como um pó branco, fino e macio, com densidade de 1,99–2,01 g/cm³. Produtos plásticos preenchidos com carbonato de cálcio ativado apresentam certa resistência, superfície lisa, boa lubricidade e facilidade de processamento.
O carbonato de cálcio é classificado pelo tamanho das partículas da seguinte forma:
• Tamanho de partícula de 1–5 μm: carbonato de cálcio de partículas finas
• Tamanho de partícula de 0,1–1 μm: carbonato de cálcio microfino
• Tamanho de partícula de 0,02–0,1 μm: carbonato de cálcio ultrafino
• Tamanho de partícula abaixo de 0,02 μm: supermicro carbonato de cálcio
Atualmente, a produção de carbonato de cálcio ultrafino utiliza principalmente processos de carbonização por pulverização contínua e secagem por pulverização (conhecidos como processo de pulverização dupla). Este método refina os aglomerados aparentes de carbonato de cálcio e garante ativação uniforme da superfície. Quando o tamanho das partículas varia de 0,005 a 0,02 μm, seu efeito de reforço é comparável ao da sílica.
Talco em pó
O pó de talco (3MgO·4SiO₂·H₂O) consiste principalmente de silicato de magnésio hidratado, obtido pela trituração e refino do talco natural. É uma carga escamosa típica, com propriedades químicas inertes e textura lisa. Sua densidade varia de 2,7 a 2,8 g/cm³. O pó de talco é a segunda carga mais utilizada, depois do carbonato de cálcio. Como carga plástica, aumenta a dureza do produto, a retardância à chama, a resistência a ácidos e álcalis, o isolamento elétrico, a estabilidade dimensional e a resistência à fluência. Também proporciona lubricidade, reduzindo o desgaste em máquinas e moldes. No entanto, o uso excessivo pode afetar a soldabilidade dos produtos.
Devido à sua estrutura em flocos, o pó de talco confere alta rigidez e baixa anisotropia aos produtos plásticos, tornando-o adequado para produtos grandes e planos. O pó de talco é usado principalmente como agente nucleador de cristalização para PP, refinando as esferulitas de PP, aumentando a cristalinidade e a rigidez. Também pode ser usado em PVC, PE, PA, PC e outras resinas, com uma taxa de adição típica de 10%–40%. As condições e os equipamentos de processamento para plásticos com carga de talco são semelhantes aos dos plásticos com carga de carbonato de cálcio. Ambos podem ser processados por extrusão, moldagem por compressão, moldagem por injeção e calandragem para produzir diversos tipos de produtos plásticos. O pó de talco não é tóxico e pode ser usado em produtos que entram em contato com comida.
Wollastonita
A wollastonita (CaSiO₃) é a terceira carga mais utilizada, depois do carbonato de cálcio e do pó de talco. A wollastonita natural possui uma estrutura química de silicato de cálcio do tipo β e é uma mistura de partículas aciculares, em forma de bastonete e granulares, sendo as partículas aciculares a forma dominante. A wollastonita apresenta-se como um cristal branco, isento de água cristalina, com baixa higroscopicidade, não toxicidade, baixo coeficiente de expansão térmica, alta estabilidade térmica, resistência à corrosão química e ao intemperismo, além de excelentes propriedades mecânicas e elétricas.
A wollastonita possui um índice de refração de 1,62, próximo ao dos compostos de PVC, tornando-a a carga preferida para produtos de PVC transparente. Devido à sua estrutura acicular, a wollastonita proporciona certos efeitos de reforço aos plásticos e pode substituir parcialmente as caras fibras de vidro. Pode ser usada em PVC, PP, PE, PA, poliésteres, resinas epóxi, resinas fenólicas e outras resinas, com uma taxa de adição geralmente inferior a 40%. O tratamento de superfície com agentes de acoplamento de silano é comumente aplicado.
Do versátil carbonato de cálcio ao talco e à wollastonita reforçadores, vimos como esses "pós" minerais são os heróis anônimos por trás de plásticos mais resistentes e econômicos. Mas a linha de enchimentos não para por aí!
Continua na Parte 2…
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