Filmes plásticos Referem-se principalmente a materiais finos feitos de resinas base como PP, PVC, PE, PET e PA. Esses filmes são amplamente utilizados em diversas aplicações de embalagens flexíveis ou como camadas de laminação em compósitos de papel e plástico. Desempenham um papel essencial em inúmeros setores, incluindo embalagens, eletrônicos, farmacêutico, químico e alimentício. O carbonato de cálcio (CaCO₃) é utilizado principalmente como carga em filmes plásticos. Sua principal função é reduzir os custos da matéria-prima.
1. Aplicação do carbonato de cálcio em filmes plásticos
Além da redução de custos, o carbonato de cálcio pode aprimorar propriedades físicas como o aumento da rigidez, da resistência e da durabilidade. Melhora a estabilidade dimensional, reduzindo a contração do filme durante o processamento e o uso. Também pode otimizar as características de processamento, aprimorando a reologia e as propriedades antiaglomerantes, além de aumentar a brancura e a opacidade. Ademais, contribui para benefícios ambientais. A adição de carbonato de cálcio pode auxiliar na degradação de produtos plásticos sob condições ambientais específicas.
2. Aplicação de carbonato de cálcio em filmes de poliolefina
Polietileno (PE)
Os filmes microporosos respiráveis de polietileno representam um mercado de alto valor para o carbonato de cálcio. São essenciais em saúde pública, suprimentos médicos e embalagens de alimentos.
Pesquisadores como Yuan Guangsheng otimizaram filmes respiráveis de PE usando carbonato de cálcio como agente formador de poros. O aumento do teor de CaCO₃ de 30% para 50% elevou drasticamente a porosidade do filme de 27,3% para 47,2%. Embora a resistência à tração tenha diminuído em 10%, essa compensação melhorou significativamente a permeabilidade. O estudo também constatou que o elastômero de poliolefina (POE) 15%, como agente de tenacificação, ofereceu o melhor desempenho.
Pesquisas adicionais realizadas por Zeng Huiwen exploraram o impacto do tamanho das partículas de CaCO₃. O uso de CaCO₃ com granulometria de 1250 mesh criou uma proporção ideal de transmissão de O₂/CO₂. Isso resultou em uma preservação superior do frescor. Bananas embaladas nesse filme permaneceram verdes por 22 dias com deterioração mínima.
Cloreto de polivinila (PVC)
O policloreto de vinila (PVC) é uma das resinas termoplásticas mais utilizadas e com maior volume de produção no dia a dia. Oferece inúmeras vantagens, incluindo excelente retardância à chama, isolamento elétrico, resistência à corrosão e baixo custo, o que justifica seu uso generalizado em materiais de construção, perfis e fios.
No entanto, o PVC apresenta fragilidade significativa durante o processamento e deve ser submetido a modificações, como o aumento da resistência ao impacto e o endurecimento, antes do uso. A adição de uma quantidade adequada de carbonato de cálcio durante o processo de modificação do PVC pode melhorar significativamente a tenacidade, a rigidez, a resistência mecânica e a resistência ao calor do produto final, reduzindo substancialmente o custo de produção do material.
Pesquisadores como Wu Weibin estudaram dois tipos de carbonato de cálcio moído ultrafino — GY-716 e GY-716A — produzidos através de moagem a seco com bolasEles compararam esses materiais com três carbonatos de cálcio comuns usados em filmes calandrados de PVC: carbonato de cálcio ultrafino obtido por processo úmido, nanocarbonato de cálcio (CCR-1) e carbonato de cálcio precipitado. A equipe examinou como cada um dos cinco materiais afetava a brancura, a resistência à tração, a resistência ao calor e a opacidade dos filmes de PVC.
Os resultados mostraram que os filmes produzidos com GY-716 e GY-716A apresentaram brancura e resistência à tração semelhantes — ou até ligeiramente superiores — às três opções comerciais disponíveis. Em termos de resistência ao calor, tanto o GY-716 quanto o GY-716A superaram os produtos comerciais. Embora sua opacidade fosse inferior à do carbonato de cálcio ultrafino obtido por processo úmido, ainda era superior à do carbonato de cálcio nanoestruturado (CCR-1) e à do carbonato de cálcio precipitado. Notavelmente, o GY-716A atingiu níveis de opacidade próximos aos do produto ultrafino obtido por processo úmido.
Polipropileno (PP)
As principais funções do carbonato de cálcio em filmes de polipropileno são a redução de custos, a melhoria das propriedades mecânicas e o aumento da estabilidade dimensional.
Pesquisadores como Lei Zubi compararam os efeitos de três cargas inorgânicas — um novo micropó, talco em pó e carbonato de cálcio — nas propriedades mecânicas do polipropileno. Quando a carga atingiu 35 phr, o material de PP com carbonato de cálcio apresentou o maior alongamento na ruptura, seguido pelo PP com micropó, enquanto o PP com talco apresentou o menor valor.
O carbonato de cálcio oferece um potencial inexplorado para aplicações avançadas de polipropileno (PP). A própria fonte do minério de carbonato de cálcio impacta drasticamente o desempenho.
Pesquisadores como Ai Qing comprovaram isso testando quatro carbonatos de cálcio ultrafinos moídos, provenientes de diferentes minérios, em uma matriz de PP. Os resultados foram claros: o carbonato de cálcio derivado de calcita de partículas grandes apresentou desempenho superior. Ele exibiu alta brancura, alta pureza e partículas uniformes. Consequentemente, o compósito de PP apresentou melhor resistência à tração e alongamento. Também ofereceu maior temperatura de deflexão térmica e melhor fluidez de processamento.
No entanto, houve algumas desvantagens. Sua resistência ao impacto e à flexão foram ligeiramente inferiores às dos compósitos que utilizam carbonato de calcita fina ou mármore.
Tabela 1: Efeito de diferentes fontes de minério de carbonato de cálcio nas propriedades do polipropileno
| PP+20% CC | Índice de Fusão (g/10min) | Dureza Shore (HD) | Densidade (g/cm³) | Temperatura de deflexão térmica (℃) | Resistência à tração (MPa) | Alongamento na ruptura (%) | Resistência à flexão (MPa) |
| Calcita grande | 9.06 | 14.12 | 1.017 | 96.8 | 34.68 | 53.85 | 59.21 |
| Mármore | 8.03 | 21.12 | 1.029 | 88.6 | 31.9 | 49.91 | 62.74 |
| Pequena calcita | 7.64 | 21.76 | 1.060 | 89.2 | 32.37 | 51.46 | 61.23 |
| Dolomite | 8.03 | 20.36 | 1.033 | 96.3 | 30.39 | 28.68 | 59.07 |
Além disso, diferentes tipos de carbonato de cálcio em pó — como o carbonato de cálcio nanoestruturado, o carbonato de cálcio moído (GCC) e o carbonato de cálcio precipitado (PCC) — com tamanhos de partícula variados, apresentam comportamentos distintos quando usados como cargas modificadoras em polipropileno. Com base em suas características físicas e químicas específicas, cada tipo confere influências únicas no desempenho.
Tabela 2: Comparação abrangente de diferentes tipos de carbonato de cálcio em aplicações de polipropileno
| Item de teste | Malha 1250 | Malha 2500 | CaCO₃ de solo úmido | CaCO₃ precipitado | Resina T30S | ||||||||
| Teor de CaCO₃ (%) | 20 | 30 | 40 | 20 | 30 | 40 | 20 | 30 | 40 | 20 | 30 | 40 | |
| Resistência à tração (MPa) | 25 | 24.5 | 20.9 | 26.3 | 24 | 21 | 25.8 | 23.6 | 21.5 | 25.2 | 23.5 | 20.4 | 32.4 |
| Alongamento na ruptura (%) | 832 | 832 | 357 | 734 | 721 | 517 | 604 | 615 | 196 | 726 | 46.3 | 57.1 | / |
| Resistência à flexão (MPa) | 36.2 | 36.1 | 38.3 | 36.9 | 32.9 | 29.3 | 36.9 | 35.5 | 36.9 | 39.7 | 37.8 | 36.8 | 36.7 |
| Módulo de flexão (MPa) | 1131 | 1327 | 1487 | 1209 | 1208 | 1374 | 1126 | 1208 | 1404 | 1123 | 1250 | 1266 | 929 |
| Resistência ao impacto Izod (kJ/m²) | 5.3 | 7.9 | 4.8 | 6.1 | 7.2 | 7.1 | 7 | 7.6 | 7.7 | 3.8 | 4.3 | 4.2 | 4.4 |
| Densidade (g/cm³) | 1.04 | 1.11 | 1.21 | 1.02 | 1.11 | 1.21 | 1.03 | 1.11 | 1.22 | 1.03 | 1.1 | 1.21 | 0.91 |
| Encolhimento do molde (longitudinal %) | 1.56 | 1.33 | 1.25 | 1.53 | 1.3 | 1.21 | 1.54 | 1.31 | 1.22 | 1.58 | 1.41 | 1.22 | / |
| Encolhimento do molde (transversal %) | 1.31 | 1.02 | 0.94 | 1.28 | 1.02 | 0.93 | 1.33 | 1.03 | 0.94 | 1.39 | 1.09 | 0.95 | / |
| Temperatura de deflexão térmica (℃) | 116 | 125 | 126 | 113 | 121 | 130 | 93 | 102 | 122 | 85 | 101 | 108 | 93 |
| Teor de umidade (%) | 0.41 | 0.32 | 0.54 | 0.98 | |||||||||
| Preço de mercado | Baixo | Alto | Médio | Médio | |||||||||
| Impacto ambiental da produção | Baixo | Mais baixo | Médio | Alto | |||||||||
Perguntas frequentes (FAQs)
Q1: Qual é a principal razão para adicionar carbonato de cálcio aos filmes plásticos?
A1: A principal razão para adicionar carbonato de cálcio a filmes plásticos é reduzir os custos de produção, atuando como um material de enchimento. No entanto, ele também proporciona diversos benefícios funcionais, incluindo maior rigidez, melhor resistência ao calor, melhor estabilidade dimensional (menor encolhimento), características de processamento otimizadas, maior brancura e opacidade e, potencialmente, auxílio na degradabilidade do filme sob condições específicas.
Q2: Como o tamanho das partículas de carbonato de cálcio afeta seu desempenho em filmes respiráveis de polietileno (PE)?
A2: O tamanho das partículas desempenha um papel crucial, especialmente em filmes respiráveis de PE, onde o carbonato de cálcio atua como agente formador de poros. À medida que o teor de carbonato de cálcio aumenta (por exemplo, de 30% para 50%), a resistência à tração pode diminuir ligeiramente, mas a porosidade aumenta significativamente, resultando em uma permeabilidade muito maior do filme. Além disso, o uso de uma granulometria ideal (como 1250 mesh) pode melhorar a seletividade a gases do filme (relação de transmissão O₂/CO₂), aprimorando suas propriedades de conservação do frescor.
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— Emily Chen, Engenheiro