Introdução
O carbonato de cálcio (CaCO₃) é o enchimento mineral mais utilizado na indústria da borracha. Poucos materiais se comparam à sua combinação de baixo custo, brilho, inércia química e facilidade de manuseio. Os formuladores o utilizam em pneus, solados de calçados, correias transportadoras, mangueiras e juntas para controlar custos, ajustar a dureza e manter tolerâncias dimensionais rigorosas.
O carbonato de cálcio não é um material único. A granulometria escolhida (moído, precipitado, nano ou tratado superficialmente) altera as propriedades mecânicas do composto, o comportamento de extrusão e o preço final. Este guia explica como o carbonato de cálcio é usado em borracha e pneus, o que cada granulometria oferece e como escolher a granulometria ideal para sua aplicação.
Por que o carbonato de cálcio é usado na borracha?
A formulação de compostos de borracha envolve um equilíbrio entre desempenho e custo. Polímeros, negro de fumo, sílica, plastificantes e óleos de processo encarecem o produto, e o carbonato de cálcio é um dos ingredientes mais baratos disponíveis. Por isso, é o material de enchimento mais utilizado em artigos de borracha de uso geral.
O carbonato de cálcio desempenha quatro funções principais em uma fórmula de borracha:
- Prolonga o polímero. A substituição de parte da borracha base ou de um material de enchimento caro reduz o custo do material por peça.
- Aumenta a rigidez. Aumenta a dureza e o módulo sem o aumento de peso associado a cargas minerais mais grossas.
- Melhora a processabilidade. Aumenta a taxa de extrusão e o acabamento da superfície, reduz o inchaço da matriz e facilita a remoção das peças dos moldes.
- Controla o encolhimento. Partículas finas reduzem a contração pós-cura e melhoram a precisão dimensional.
Por ser branco, o carbonato de cálcio também permite que os formuladores produzam artigos de borracha de cores claras e coloridas que o negro de fumo escureceria.
Tipos de carbonato de cálcio para compostos de borracha
O desempenho do carbonato de cálcio na borracha depende do tamanho das partículas, da distribuição do tamanho das partículas e do tratamento da superfície.
Carbonato de cálcio moído (GCC)
O carbonato de cálcio moído (CCM) é produzido pela trituração e moagem de calcário ou mármore, seguida da classificação do pó. A maioria dos tipos de borracha possui um tamanho médio de partícula (D50) de aproximadamente 1 a 20 mícrons.
O GCC é a opção mais barata e é usado principalmente para reduzir custos. Ele aparece em produtos de grande volume, como borracha em folha, tapetes, calçados e artigos mecânicos em geral. Seu efeito de reforço é pequeno, por isso os formuladores geralmente o combinam com negro de fumo ou o utilizam onde não se exige alta resistência à tração.
Carbonato de cálcio precipitado (PCC)
O carbonato de cálcio precipitado (PCC) é produzido pela carbonatação da cal hidratada. Isso resulta em partículas mais puras, finas e uniformes, com maior área superficial do que o GCC.
O PCC oferece melhor reforço, maior brilho e controle mais preciso do tamanho das partículas. É a escolha usual para produtos de borracha branca e de cores claras que necessitam de brancura, limpeza e reforço moderado, como perfis extrudados, borracha para uso médico e vedações para contato com alimentos.
Nano Carbonato de Cálcio
O carbonato de cálcio nanoestruturado (nano-CaCO₃) é uma granulometria submicrométrica, tipicamente com tamanho de partícula primária entre 20 e 100 nanômetros. Seu tamanho reduzido e alta área superficial conferem um efeito semi-reforçador que as granulometrias mais grossas não possuem. Um estudo de 2023, revisado por pares, sobre misturas de borracha natural e SBR, mediu partículas de nano-CaCO₃ com cerca de 34 nanômetros e encontrou uma carga ideal próxima a 3,51 TP/3T em peso para a melhor dispersão e equilíbrio mecânico.
Em baixas concentrações (geralmente abaixo de 15 phr), o carbonato de cálcio nanoestruturado pode aumentar a resistência à tração, a resistência ao rasgo e o alongamento. Também é utilizado como substituto parcial de baixo custo para cargas de reforço, como sílica fumada ou sílica precipitada, em selos, juntas e produtos especiais.
Carbonato de cálcio tratado/revestido na superfície
A maior parte do carbonato de cálcio para borracha recebe tratamento superficial, geralmente com ácido esteárico. O carbonato de cálcio não tratado é hidrofílico, enquanto o polímero da borracha é hidrofóbico, portanto os dois não se misturam bem e o material de enchimento se dispersa de forma deficiente.
O revestimento com ácido esteárico melhora a molhabilidade e a dispersão, permite maior carga e aumenta a resistência à tração, o alongamento e a resistência ao rasgo. Observe que o ácido esteárico não cria uma ligação química com a borracha; ele melhora principalmente a dispersão. Para uma adesão real entre o material de enchimento e a matriz, os formuladores utilizam um agente de acoplamento, como o polibutadieno maleado.
Como o carbonato de cálcio melhora os compostos de borracha
Redução de custos
O custo é o principal motivo pelo qual os formuladores utilizam carbonato de cálcio. Em geral, as concentrações em produtos de borracha variam de 20 a 100 phr, e cada phr de carbonato de cálcio substitui um phr de um polímero ou carga mais caro. A economia aumenta com o volume, razão pela qual o carbonato de cálcio predomina em produtos de alto volume e sensíveis ao preço.
Propriedades Mecânicas
A granulometria determina o efeito mecânico. O GCC grosso geralmente aumenta a dureza e o módulo, enquanto reduz ligeiramente a resistência à tração e ao rasgo. O PCC nanoestruturado e com tratamento superficial pode melhorar a resistência à tração, ao rasgo e à abrasão na dosagem correta. Cada carga possui uma dosagem ideal; acima dela, a resistência diminui.
Processamento e dispersão
O carbonato de cálcio fino e bem disperso melhora a extrusão e a calandragem. Ele suaviza a superfície dos perfis extrudados, reduz o inchaço da matriz e facilita a remoção limpa das peças dos moldes. A dispersão é fundamental: um pó fino, uniforme e com tratamento superficial dispersa-se muito melhor do que um pó grosso e aglomerado.
Estabilidade Dimensional e Envelhecimento
O carbonato de cálcio é quimicamente inerte e termicamente estável em temperaturas normais de cura da borracha. Ele reduz a contração, melhora a estabilidade dimensional de peças moldadas e pode aumentar a resistência ao envelhecimento e às intempéries em produtos para uso externo.
Carbonato de cálcio em pneus e produtos de borracha
Pneus
Em pneus, o carbonato de cálcio é usado seletivamente. Os compostos da banda de rodagem dependem de negro de fumo e sílica para aderência em piso molhado e resistência ao rolamento, portanto, o carbonato de cálcio desempenha um papel menor nesse processo. Ele é mais comum em componentes que não fazem parte da banda de rodagem, como revestimento interno, carcaça e compostos da lateral, em formulações focadas em custo, onde rigidez, processamento e custo são mais importantes do que a aderência máxima.
Isto é importante: o carbonato de cálcio é um material de enchimento usado para reduzir custos em pneus, não um substituto para os materiais de reforço da banda de rodagem. Saber onde ele se encaixa é o que diferencia um composto otimizado e de baixo custo de um com desempenho ruim.
Calçados e Solas
O setor calçadista é um dos maiores consumidores de carbonato de cálcio na borracha. Em solados, solas e compostos de espuma EVA, o carbonato de cálcio controla a dureza, reduz custos e melhora o acabamento superficial. Nanopartículas são utilizadas em solados de alta qualidade para equilibrar peso e desempenho mecânico.
Mangueiras, Correias e Vedações
Em produtos industriais extrudados e moldados, como mangueiras, correias transportadoras, juntas e vedações, o carbonato de cálcio melhora a superfície de extrusão, a estabilidade dimensional e a resistência à deformação permanente por compressão quando formulado adequadamente. Os graus PCC e nano são comuns onde se exigem brancura, tolerâncias rigorosas e reforço moderado.
Como escolher o carbonato de cálcio correto
Tamanho das partículas (D50 e D97)
O tamanho das partículas é a especificação mais importante. D50 é o tamanho médio das partículas. D97 é o limite superior, o que significa que 97,1% das partículas são menores que esse valor. Uma distribuição estreita proporciona uma dispersão e propriedades mecânicas mais consistentes. Os tipos de borracha geralmente variam entre 1 e 10 mícrons em D50, dependendo se o objetivo é a redução de custos ou o reforço.
Brancura e Pureza
Para produtos de borracha branca e colorida, a brancura e a pureza são importantes. Os graus de alta pureza, com baixo teor de ferro e metais pesados, mantêm os compostos brancos brilhantes e evitam o desbotamento. Ao comprar, especifique a brancura (normalmente o valor R457 ou Hunter L) e o teor de CaCO₃.
Tratamento de superfície
Conforme mencionado anteriormente, um grau de borracha com tratamento superficial é quase sempre preferível. Ele se dispersa melhor, permite cargas mais elevadas e melhora as propriedades mecânicas finais. Confirme com seu fornecedor se o grau de borracha possui revestimento e qual sistema de revestimento é utilizado.
Níveis de carregamento
Escolha a dosagem de acordo com o resultado desejado. Para redução de custos, 50 a 100 phr ou mais são comuns em produtos de baixo desempenho. Para reforço, nanopartículas são usadas em concentrações de 5 a 15 phr. Comece com uma dosagem baixa e aumente gradualmente, observando a resistência à tração, o alongamento e a resistência ao rasgo para encontrar a concentração ideal.
Processamento: Retificação e Modificação de Superfície Importam
A qualidade do carbonato de cálcio em um composto de borracha é definida antes de chegar ao misturador. Duas etapas de processamento determinam o resultado:
- Moagem e classificação. Um pó de borracha com o D50 adequado, distribuição estreita e alto grau de brancura requer um circuito de moagem e classificação a ar bem projetado. Sistemas de classificação por moinho de bolas e moinhos de rolos verticais (VRM) são as duas rotas mais comuns para a obtenção de GCC de alta qualidade.
- Modificação de superfície. Uma camada de ácido esteárico ou agente de acoplamento é aplicada em um sistema de revestimento específico para modificação de superfície ou por moinho de pinos. Essa etapa transforma um material de enchimento comum em um material de alto desempenho e boa dispersão.
Para os fabricantes de compostos que desejam resultados consistentes e repetíveis, a distribuição do tamanho das partículas do pó e a qualidade do revestimento são tão importantes quanto a composição química do mineral base.
Equipamento de moagem para carbonato de cálcio de grau de borracha
O carbonato de cálcio de grau para borracha é definido nas etapas de moagem, classificação e revestimento, antes mesmo de chegar a um misturador. A Epic Powder Machinery Co., Ltd. fabrica as três máquinas que produzem um enchimento de borracha consistente e de alto valor agregado:
Moinho de rolos vertical SRM
O Moinho de rolos anulares SRM Tritura calcário em granulometrias de 325 a 2500 mesh com uma distribuição granulométrica estreita. Os modelos variam de SRM800 a SRM1680, abrangendo capacidades de produção de aproximadamente 0,5 a 20 toneladas por hora. Uma distribuição estreita reduz o tamanho excessivo das partículas, mantém a dispersão consistente e proporciona propriedades mecânicas estáveis lote após lote.
Classificador de ar de alta precisão HTS
O Classificador HTS Define os valores de D50 e D97 do pó final. Realiza a classificação a seco de D97 de 3 mícrons a 45 mícrons. Para borracha, esta etapa transforma uma ampla produção de moinho na faixa estreita de 1 a 10 mícrons da qual depende a formulação.
sistema de revestimento por moinho de pinos
Para classes com tratamento de superfície, um sistema de revestimento de moinho de pinos Aplica-se ácido esteárico ou um agente de acoplamento à superfície da partícula. Esta etapa controla a dispersão e permite cargas mais elevadas sem perda das propriedades mecânicas.
A Epic Powder possui mais de 20 anos de experiência e instalações em todo o mundo. Os sistemas são construídos com automação PLC para operação contínua e revestimentos resistentes ao desgaste para moagem livre de contaminação.
Se você produz carbonato de cálcio para a indústria da borracha, envie suas especificações para um teste de material gratuito e uma solução de moagem adequada à sua granulometria: [email protected] ou nonmetallic-ore.com.
Conclusão
O carbonato de cálcio é o enchimento mais econômico da indústria da borracha, mas seu valor depende da escolha da granulometria correta. O carbonato de cálcio moído controla os custos em produtos de grande volume. As granulometrias PCC e nano adicionam brilho, reforço e precisão para aplicações exigentes. O tratamento de superfície controla a dispersão e o desempenho mecânico.
Para fabricantes de compostos de borracha e produtores de pó, um produto de melhor qualidade depende do controle do tamanho das partículas e da modificação da superfície. Se você produz carbonato de cálcio para a indústria da borracha, o equipamento correto de moagem, classificação e revestimento é o primeiro passo para obter um pó consistente e de alto valor agregado.
Obrigado pela leitura. Espero que meu artigo tenha ajudado. Deixe um comentário abaixo. Você também pode entrar em contato com o representante de atendimento ao cliente da EPIC Powder online. Zelda Para quaisquer outras dúvidas.”
— Emily Chen, Engenheiro