Ước tính, khoảng 5% vỏ Trái Đất là một dạng nào đó của canxi cacbonat. Canxi cacbonat có thể tồn tại ở dạng canxit, đá vôi, đá phấn, đá cẩm thạch hoặc aragonit, hoặc ở dạng tạp chất và tạo ra các khoáng vật như dolomit.
Tuy một phần nhỏ canxi cacbonat có mặt trong tự nhiên đã được tạo thành nhờ các quá trình địa chất, phần lớn chúng có xuất xứ từ động vật.
Canxi cacbonat là thành phần chính của vỏ động vật biển và bộ xương của hàng tỉ tỉ sinh vật, chúng tích lũy dần dưới đáy biển qua nhiều niên kỷ và sau đó được chuyển hóa trong các quá trình địa chất để tạo thành những ngọn núi hùng vĩ, những vách đá biển và nhiều mỏ đá vôi, đá cẩm thạch,… trên toàn thế giới. Đây là một trong những khoáng vật có ích nhất, đã được con người sử dụng từ 40.000 năm nay trong nhiều ứng dụng khác nhau.
Chất độn trong sản xuất chất dẻo
Chất độn giúp các nhà sản xuất giảm chi phí và nhiều khi cũng giúp nâng cao tính năng của sản phẩm. Chất độn trong sản xuất chất dẻo thường là các khoáng vật không tan, chúng làm tăng thể tích của polyme. Chúng đóng nhiều vai trò trong các hệ thống polyme và có thể được xếp hạng rộng như các chất độn gia cường hoặc chất độn không gia cường.
Các vật liệu độn đắt tiền như sợi thủy tinh, sợi và ống nano cacbon nhìn chung không được sử dụng trong ngành sản xuất polyme. Các chất độn khoáng chất như bột talc chủ yếu được bổ sung để tăng độ cứng và cải thiện các tính chất của polyme. Tuy bột talc rẻ hơn polyme nhưng việc bổ sung bột talc không phải lúc nào cũng sẽ giúp giảm giá thành của polyme.
Trong số các chất độn thì canxi cacbonat là một trong những chất độn được sử dụng rộng rãi nhất, đặc biệt là trong sản xuất chất dẻo và cao su.
Calcium carbonate được dùng làm chất độn
Trong khi đó, vai trò chủ yếu của canxi cacbonat là giảm chi phí sản xuất và giá thành sản phẩm, nhưng đôi khi cũng được sử dụng để cải thiện tính năng (trong các dụng cụ điện, khi tiến hành đúc trơn, hoàn thiện mờ,…).
Khi sử dụng chất độn ở hàm lượng cao (trong những sản phẩm mà mục đích chính là giảm chi phí), các tính chất vật lý then chốt của sản phẩm như độ bền căng, độ bền va đập, ứng suất vòng,… sẽ bị ảnh hưởng bất lợi. Vì vậy, khi sử dụng canxi cacbonat làm chất độn, người ta phải cân đối giữa mục đích giảm chi phí và yêu cầu về chất lượng đối với ứng dụng liên quan. Điều này đặc biệt đúng đối với các ứng dụng của PVC, khi mà canxi cacbonat thường được sử dụng ở mức tối đa.
Khai thác và sản xuất canxi cacbonat
Đại đa số canxi cacbonat được sử dụng trong công nghiệp là được khai thác từ các mỏ đá. Canxi cacbonat tinh khiết (ví dụ để sử dụng trong ngành thực phẩm hoặc dược phẩm) có thể được sản xuất từ những nguồn sạch (thường là đá cẩm thạch). Khoáng vật đã khai thác được nghiền thành bột mịn và được phân loại theo cỡ hạt (canxi cacbonat nghiền – GCC). Độ tinh khiết của canxi cacbonat phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của mỏ đá. Các sản phẩm siêu tinh khiết được gọi là canxi cacbonat nghiền mịn (FGCC).
Người ta cũng có thể sản xuất canxi cacnonat bằng cách nung canxi cacbonat thô để thu được canxi oxit, sau đó bổ sung nước để tạo thành canxi hydroxit (sữa vôi). Các hạt không tan có thể được tách ra, thu được sữa vôi cacbonat hóa bằng CO2. CO2 sẽ kết tủa canxi cacbonat mong muốn từ sữa vôi, sau đó canxi cacbonat được lọc, sấy và nghiền thành bột. Sản phẩm này được gọi là canxi cacbonat kết tủa (PCC). PCC thường đắt hơn GCC có cỡ hạt tương đương.
Cả PCC và GCC đều sẵn có ở các dạng bọc phủ (hoạt hóa) và được sử dụng phổ biến làm chất độn trong ngành sản xuất các sản phẩm chất dẻo.
Ứng dụng trong thị trường ống PVC
Từ trước đến nay, PCC là chất độn được ưu tiên lựa chọn đối với các ống, các tấm thiết diện, cửa sổ nhựa và các cấu kiện xây dựng khác bằng PVC.
Khi gia công PVC không hóa dẻo, người ta phải sử dụng các máy đùn ép hai vít tương đối tinh xảo (so với máy đùn ép một vít ở hầu hết các chất dẻo khác). Độ tinh khiết của chất độn có ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của vít máy đùn ép. Sự có mặt của silicat có tính mài mòn và các tạp chất khác sẽ làm giảm mạnh tuổi thọ vận hành của máy, khiến cho phải thay thế vít và các chi tiết đắt tiền khác. Tạp chất có tính mài mòn thường có mặt trong GCC tinh khiết nhiều hơn so với trong PCC, vì khi sản xuất PCC các tạp chất có thể được lọc ra khỏi nước sữa vôi. Vì vậy, nhìn chung PCC được ưu tiên sử dụng hơn khi sản xuất, gia công các ống PVC.
PCC bọc phủ hoặc hoạt tính cũng được ưa chuộng sử dụng trong các ống PVC vì nó có khả năng phân tán tốt hơn và tạo bề mặt hoàn thiện tốt hơn. Các chất bọc phủ cho PCC thường là các chất đi từ axit stearic, nhưng các hợp chất titanat và các hóa chất chức năng khác cũng được sử dụng. Chất bọc phủ làm thay đổi sức căng bề mặt của chất độn cho gần hơn với sức căng bề mặt của bột PVC, hỗ trợ sự phân tán và bọc phủ tốt.
PCC bọc phủ thường đắt hơn, được sử dụng cho các ống PVC chất lượng cao hơn và có đảm bảo về tính năng.
Trong những năm gần đây, có hai xu hướng cho phép GCC thâm nhập sâu hơn vào thị trường chất độn ống PVC:
– Sự sẵn có của GCC chất lượng tốt từ nhiều nguồn khác nhau, không chỉ từ các công ty hàng đầu trong ngành. Độ tinh khiết và sự phân bố cỡ hạt đã được cải thiện đáng kể. Trong sản xuất GCC, nguồn đá vôi là yếu tố quan trọng, nhưng các tiến bộ trong công nghệ khai thác, nghiền và phân loại cũng mang lại những cải thiện tốt.
– Sự phát triển của nhiều công ty sản xuất máy đùn ép và linh kiện với những sản phẩm giá thấp hơn, tạo điều kiện thay thế linh kiện một cách dễ dàng hơn.
Tóm lại, các nguồn GCC chất lượng cao hơn và các linh kiện rẻ hơn cho máy đùn ép đã mở cửa cho GCC tiến vào thị trường lớn của các ống PVC.
Ứng dụng trong thị trường dây và cáp điện
Bản chất vô cơ của các chất độn dạng khoáng chất giúp tăng điện trở của hầu hết các vỏ bọc cáp. Trước đây, caolanh và đất sét nung đã được sử dụng phổ biến để tăng điện trở của các vỏ bọc bằng PVC, nhưng chúng đã lần lượt bị thay thế bởi PCC rẻ hơn nhiều. Trong vỏ bọc bằng PVC, PCC được ưu tiên sử dụng so với GCC, tuy nhiên GCC chất lượng cao cũng được sử dụng khi cần có độ tinh khiết cao.
Phần lớn CaCo3 được sử dụng đều nằm trong lớp bọc PVC bên trong hoặc bên ngoài của dây cáp điện.
Ứng dụng trong các polyme khác
Trong tất cả các loại polyme khác (trừ nhựa lỏng như polyeste), canxi cacbonat phải được liên kết vào nền polyme bằng cách nấu chảy. Khác với nhựa PVC là dạng bột, các chất dẻo quan trọng khác đều có thể được cung cấp ở dạng hạt. Thiết bị phối trộn phải phối trộn chất độn theo các tỷ lệ cố định và liên kết nó vào nền polyme bằng cách nấu chảy. Ngày nay, các máy trộn liên tục kiểu Buss Ko và Farrell đã thay thế cho các máy trộn theo mẻ kiểu Banbury. Các phương pháp phối trộn hiện đại thường sử dụng máy đùn ép hai vít quay với các vít có thể thay đổi lẫn cho nhau.
Ngoài những ứng dụng nêu trên, canxi cacbonat còn được sử dụng nhiều làm chất độn trong các tấm mà màng mỏng, trong vải bọc phủ PVC, trong các polyolefin,…
Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info
Nguồn: Csv.net.vn/TC Công nghiệp Hóa chất
