کربنات کلسیم چیست؟
کربنات کلسیم با فرمول شیمیایی CaCo3 جزء اصلی و مهم سنگ آهک است که برای تولید آهک زنده یا آهک هیدراته به کار می رود. کربنات کلسیم به طور طبیعی به شکل سنگ مرمر، گچ و مرجان یافت می شود. با روش های شیمیایی یا مکانیکی می توان کربنات کلسیم را به پودر تبدیل کرد. بنابراین از مواد طبیعی معدنی کربنات کلسیم پودری شکل به دست می آید.
اصطلاح کربنات کلسیم رسوبی به انواع بازرگانی ترکیب هایی گفته می شود که در یک مرحله ی ته نشینی، به روش های شیمیایی از ترکیب کلسیم کلراید و سدیم کربنات در محلول آبی، و یا عبور کربن دی اکساید از سوسپانسیون Ca(OH)2 در آب تولید می شود. محصولات ته نشین شده توسط یک صافی به ذره هایی باندازه های یکنواخت تر، کوچک تر، و با درجه ی بالایی از خلوص شیمیایی تفکیک می شوند. تاریخچه مصرف کربنات کلسیم رسوبی به سال ۱۸۵۰ بر می گردد.
زمانی که شرکت جی وای استارگ در بیرمنگهام انگلستان کارش را با استفاده از کلرید کلسیم و کربنات کلسیم به عنوان واکنش دهنده شروع کرد. در سال ۱۹۱۳ شرکت کاغذ و خمیر کاغذ ویرجینیای غربی واقع در ایالات متحده، تولید بازرگانی خود را آغاز کرد و دستگاهی را برای کربناسیون مستقیم دوغاب آهکی به کار گرفت.
انواع کربنات کلسیم
کربنات کلسیم دارای دو گونه کربنات کلسیم پودری GCC و کربنات کلسیم رسوبی PCC است. اندازه ذرات آسیابی به طور معمول در حدود ۱۰ میکرومتر و اندازه ذرات کربنات کلسیم رسوبی در حدود یک دهم نانومتر است. تولید کربنات کلسیم رسوبی نیازمند مراحل بسیاری از جمله یک فرآیند کربناته کردن است که در نتیجه باعث گران تر بودن ذرات کربنات کلسیم رسوبی نسبت به ذرات کربنات کلسیم پودری می گردد.
کربنات کلسیم پودری (که مستقیما از کربنات کلسیم به عنوان ماده اولیه تهیه می شود) به دو صورت بدون آب و آبدار یا خشک و مرطوب می باشد. این ترکیب دارای ساختارهای چندشکلی (پلی مورف) بدون آب شامل کلسیت، آراگونیت و ویتریت است که به ترتیب از پایداری ترمودینامیکی آنها در طبیعت کاسته می شود. علاوه براین، انواع آبدار آن نیز شامل ساختارهای تک آبه (H2O.CaCo3) و شش آبه (CaCo3،۶H2O) بوده، که می توانند در دماهای پایین تهیه شوند.
کربنات کلسیم بی ریخت یا بدون شکل (ACC) نیز در گروه فرم های آبدار قرار دارد، ناپایدار بوده و به راحتی به ساختارهای بلوری تبدیل می شود. کلسیت ساختار لوزی شکل، آراگونیت ساختار سوزن مانند و تریت ساختار کروی دارد.
کربنات کلسیم پوشش دار (کوتد شده)
به طور کلی، باتوجه 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 استفاده از این پرکننده می گردد.
دلیل این مساله، ناسازگاری میان سطح آبدوست با انرژی بالای ذرات کربنات کلسیم با سطح ویژه 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.
برای حل مشکل فوق کربنات کلسیم را با اسید استئاریک پوشش داده می شود تا یک پیوند یونی پایدار با سطح کربنات کلسیم تشکیل شود که اصطلاحا این عمل پوشش دار کردن کربنات کلسیم نامیده می شود. تهیه کربنات کلسیم پوشش دار، هم از کربنات کلسیم پودری و هم از کربنات کلسیم رسوبی انجام می شود و تقریباً اکثر محصولات تجاری به صورت پوشش داده شده با اسید استئاریک یا استئارات کلسیم می باشند.
کربنات کلسیم تولید رنگ
کربنات کلسیم غیر سمی و دربرابر هوازدگی مقاوم است. سفید بودن کربنات کلسیم و چگالی پایین ، فعل و انفعال کم با رنگدانه و پیگمنت ها، چسب ها و سایر اجزای پوشش سطح ، و میزان الکترولیت کم و جذب روغن را نشان می دهد. این ماده به دلیل داشتن pH قلیایی خاصیت ضد خوردگی دارد و ساینده بودن آن از سایش بیش از حد دستگاه جلوگیری می کند، اما جالب ترین خاصیت این ماده معدنی این است که با روش های معمول پردازش مواد تقویت کننده کربنات کلسیم تقریباً در هر توزیع و اندازه ذرات مورد نظر وجود دارد.
این امر به ویژه برای تنظیم خواص فیزیکی مانند پراکندگی ، براقیت ، حفظ براق و پنهان کردن قدرت مفید است.انواع سخت و بدون پوشش کربنات کلسیم رسوبی کاربرد وسیعی در لاتکس و رنگ های دیواره های مسطح پیدا کرده اند. رنگ های حاصل، سطح و درخشندگی یکنواختی دارد. درجه های پودری ریزتر در لعاب های رنگ، مشکلاتی مانند طغیان، فلوته شدن، رگه دارشدن و خمیده شدن را برطرف می کند.
کربنات کلسیم رسوبی و پوشش شده به صورت پودر ریز به منظور ایجاد تقویت در محصولات رنگی (غیرسیاه) در فرمولاسیون کائوچو به کار می رود. انواع پوشش شده به منظور بهبود قدرت پخش در آمیزه و کاهش مدول الاستیسیته به کار می رود.
سایر کاربردهای کربنات کلسیم
سایر کاربرد های گوناگون برای انواع فنی کربنات کلسیم شامل تولید کاغذ، تولید پلاستیک، تولید گچ تحریر، دارویی، جوهر چاپ، بتونه کاری، گرفتن درزها و شکاف ها و پودر بندکشی، پودر مل، چسب کاشی، مجسمه سازی، کنیتکس، تولید موکت، روشور، حشره کش، شلنگ و قطعات پلاستیکی و در ساخت چسب و رزین است که در تمام این موارد کربنات کلسیم رسوبی نقش تقویت کننده دارد.
علاوه بر این کربنات کلسیم از پرکننده های غیر سیاهی است که به واسطه ی جذب روغن کم، به میزان زیاد در کالاهای لاستیکی اکسترود شده و قالبی به منظور کاهش قیمت، افزایش دانسیته و تا حدودی بهبود پروسس پذیری به کار می رود.
کربنات کلسیم به عنوان پرکننده در صنایع دفاعی و نظامی، حفاری چاه های نفت، خوراک دام و طیور، لعاب کاشی و سرامیک، ملامین، ماستیک، تولید صابون، پودرهای شوینده، ساخت لوله پولیکا، PVC، ظروف یکبار مصرف سلولوری، سیم و کابل، تولید ابر و اسفنج و به عنوان جایگزین تیتان در کارخانه های رنگسازی استفاده می شود.
کاربردهای کربنات کلسیم
کربنات کلسیم رسوبی یکی از متنوع ترین پرکننده های معدنی است و در مقیاس وسیع در ساخت محصولات و کاربردهایی مانند کاغذ، رنگ، پلاستیک، پارچه های بافته، بتونه کاری، گرفتن شکاف ها و درزها، چسب، کف پوش های پلاستیکی و جوهر چاپ مصرف می شود.
انواع کربنات کلسیم در خمیردندان ها ، وسایل آرایشی و مواد غذایی و دارویی استفاده می شود.