Méthodes de modification du carbonate de calcium et application des modificateurs
Le carbonate de calcium est une matière première chimique importante et largement utilisée, notamment comme agent de renforcement et charge dans des industries telles que le caoutchouc, le papier, l'encre, les revêtements, les plastiques, l'alimentation, les cosmétiques, etc. Selon les différentes méthodes de production, on distingue le carbonate de calcium léger, le carbonate de calcium lourd et le nano-carbonate de calcium.
Le carbonate de calcium léger, également appelé carbonate de calcium précipité, est produit par des procédés chimiques ; le carbonate de calcium lourd, également appelé carbonate de calcium broyé, est préparé par broyage direct de calcaire naturel, de calcite, de craie, etc., à l’aide de méthodes mécaniques.
Il existe certaines différences de taille de particules et de caractéristiques de surface entre le carbonate de calcium lourd et le carbonate de calcium léger, ce qui entraîne des différences dans leurs effets d'utilisation.
Le carbonate de calcium nano désigne les produits à base de carbonate de calcium dont la taille des particules varie de 1 à 100 nm, y compris les produits à base de carbonate de calcium ultrafins et ultrafins.
Pourquoi modifier
La modification de surface est un moyen important d'améliorer les performances, l'applicabilité, le marché et l'utilisation du carbonate de calcium. À l'avenir, la fonctionnalisation et la spécialisation constitueront les principales tendances du développement du carbonate de calcium. Grâce à la modification, il est possible de réduire son pouvoir absorbant d'huile, d'améliorer sa dispersibilité pour prévenir l'agrégation, d'accroître sa biocompatibilité et la valeur ajoutée des produits, ce qui favorise l'expansion du marché des applications haut de gamme. De plus, la demande du marché pour divers carbonates de calcium spécialisés et modifiés en surface continuera de croître.
Résumé des méthodes de modification
Méthode de modification du carbonate de calcium lourd
modification physique du revêtement
La modification physique du revêtement consiste à mélanger un modificateur avec du carbonate de calcium lourd dans des proportions précises. Sous l'effet de forces dispersantes, le modificateur s'adsorbe à la surface du carbonate de calcium lourd par des forces physiques telles que les forces de van der Waals ou l'attraction électrostatique, formant ainsi une couche de revêtement monocouche, bicouche ou multicouche.
modification chimique de surface
La modification chimique de surface fait référence à l'utilisation de groupes fonctionnels dans les molécules de modification et de sites actifs à la surface de la poudre de carbonate de calcium lourd par des réactions chimiques ou par adsorption, pour revêtir la surface des particules de carbonate de calcium lourd avec le modificateur, améliorer la compatibilité et la dispersibilité du carbonate de calcium lourd avec la matrice organique chargée, et ainsi améliorer les propriétés de traitement et physico-mécaniques des matériaux composites.
modification mécanochimique
La modification mécanochimique consiste à utiliser des moyens mécaniques tels que le broyage et le frottement pour modifier le réseau cristallin et la structure cristalline de la poudre de carbonate de calcium lourd, tout en augmentant la température et l'énergie interne du système.
Dans la production industrielle de carbonate de calcium lourd, le broyage et la modification de surface sont généralement effectués séparément. L'ajout d'un modificateur à la surface du carbonate de calcium lourd pendant le broyage permet non seulement d'exploiter la force physique et mécanique du broyage pour renforcer la modification de surface, mais aussi de prévenir l'agglomération des fines particules de carbonate de calcium lourd.
modification de la sédimentation de surface
La modification par dépôt de surface est l'une des méthodes les plus couramment utilisées pour la modification de surface des pigments minéraux inorganiques, qui consiste à utiliser des méthodes appropriées pour précipiter des modificateurs sur la surface du carbonate de calcium lourd.
Adapté à la production industrielle, le procédé est simple et, en contrôlant les conditions de réaction, on peut obtenir une taille de particules et une pureté adéquates.
Méthode de modification du carbonate de calcium léger
Modification des acides gras (sels)
L'acide stéarique (sel) est le modificateur de surface le plus couramment utilisé pour le carbonate de calcium. Ce procédé de modification peut être réalisé par voie sèche ou humide. Généralement, les procédés humides nécessitent l'utilisation de sels d'acide stéarique, tels que le stéarate de sodium.
Outre l'acide stéarique (sel), d'autres acides gras (esters), tels que les phosphates et les sulfonates, peuvent également être utilisés pour la modification de surface du carbonate de calcium. Des recherches ont montré qu'après modification de surface du carbonate de calcium par un ester de polyphosphate à structure particulière (ADDP), la surface des particules de carbonate de calcium devient hydrophobe et oléophile, et la taille moyenne des agglomérats dans l'huile diminue.
Le carbonate de calcium activé modifié avec des acides gras (sels) est principalement utilisé pour le chargement des plastiques PVC, des matériaux de câbles, des adhésifs, des encres, des revêtements, etc.
modification de l'agent de couplage
Les agents de couplage sont des composés amphotères qui se lient chimiquement aux groupes hydroxyle présents à la surface du carbonate de calcium grâce à leurs groupes réactifs. Les groupes polaires de leurs molécules peuvent réagir avec les groupes fonctionnels à la surface des particules de carbonate de calcium pour former des liaisons chimiques stables. L'autre extrémité de ces molécules peut subir des réactions chimiques ou s'enchevêtrer physiquement avec des polymères organiques, assurant ainsi une liaison forte entre deux matériaux présentant de fortes différences de polarité et une bonne compatibilité, ce qui confère au matériau composite d'excellentes propriétés physico-mécaniques.
Méthode de modification du nano-carbonate de calcium
Modification localisée des réactions chimiques
La modification par réaction chimique localisée est une méthode qui consiste à ajouter un agent de traitement (agent de couplage, composé organique, composé inorganique, etc.), puis à faire réagir chimiquement les groupes fonctionnels de surface du nano-carbonate de calcium avec cet agent pour obtenir la modification souhaitée. Actuellement, cette méthode est la plus utilisée pour la modification de surface du nano-carbonate de calcium.
Il existe principalement deux types de procédés de modification chimique locale : par voie sèche et par voie humide. La méthode sèche consiste à ajouter successivement de la poudre de carbonate de calcium nanométrique et un modificateur de surface. Elle est particulièrement adaptée à la modification de surface par des agents de couplage.
Revêtement de surface
Une méthode de modification consiste à lier des nanoparticules de carbonate de calcium au matériau de revêtement par des forces de van der Waals ou par des procédés physiques. Des modificateurs de surface ou des hyperdispersants sont ajoutés à la solution de préparation du nanocarbonate de calcium. Lors de la production de ce dernier, les modificateurs de surface sont déposés sur les particules afin d'obtenir un produit final homogène.
Modification du remplisseur de mélange-maître
Les charges de type masterbatch sont un nouveau type de charge, préparée en mélangeant dans des proportions précises un masterbatch de résine, du carbonate de calcium et un tensioactif afin de modifier la surface de ce dernier. Selon les résines de matrice utilisées, les charges de type masterbatch les plus courantes comprennent les masterbatchs de carbonate de calcium à base de cire de polyéthylène, les masterbatchs de carbonate de calcium à base de polypropylène (APP) et les charges de carbonate de calcium à base de résine.
modification de surface haute performance
Une méthode de modification utilisant le plasma ou un rayonnement de haute énergie (tel que les rayons X, les rayons gamma, etc.). La modification de surface de la poudre de CaCO₃ par plasma est principalement réalisée par polymérisation plasma. Dans un premier temps, les monomères sont activés pour générer des radicaux libres en phase gazeuse, qui sont ensuite adsorbés sur la surface solide pour former des radicaux libres de surface. Ces derniers réagissent alors avec les monomères initiaux issus du plasma ou de la phase gazeuse pour former un film polymère à la surface du carbonate de calcium, réalisant ainsi la modification.
