Selante é uma substância usada para bloquear a passagem de fluidos por aberturas em materiais, um tipo de selo mecânico. Na construção civil, selante é sinônimo de calafetar e também serve para bloquear transmissão de poeira, som e calor.
A resistência dos pré-polímeros selantes não é muito alta, então enchimentos com certos efeitos de reforço devem ser adicionados. Os enchimentos comuns incluem carbonato de cálcio, pó de quartzo, negro de fumo, dióxido de titânio, hidróxido de alumínio, talco, caulim, argila e outros. Entre estes, os enchimentos de carbonato de cálcio têm muitas vantagens. Ele tem várias classificações de tamanho de partícula, vários métodos de tratamento de superfície, alta brancura, tecnologia de produção madura e um preço baixo. Comparado a outros enchimentos, é o mais amplamente usado.
Carbonato de cálcio em selantes
As vantagens do carbonato de cálcio em selantes são que ele pode aumentar o volume do selante e melhorar sua resistência à tracção, resistência ao desgaste, resistência ao rasgo, dureza e muito mais. A quantidade de carbonato de cálcio adicionado pode ser responsável por 10% a 70% de toda a formulação do selante. Devido à grande quantidade de carbonato de cálcio usado em selantes, a indústria de selantes também aumentou os requisitos para produtos de carbonato de cálcio. Qualidade estável, pequenas flutuações em vários indicadores de desempenho, bom efeito de reforço e desempenho de processamento, um preço adequado e a capacidade de gerar certos benefícios econômicos são todos muito importantes.
Atualmente, o carbonato de cálcio doméstico superou gradualmente várias dificuldades técnicas, substituindo produtos importados de carbonato de cálcio com excelente qualidade de produto. O desenvolvimento do campo de selantes promoveu o crescimento de toda a indústria de carbonato de cálcio. As duas indústrias se complementam e estão intimamente relacionadas.
Diferenças do carbonato de cálcio
TiposExistem três tipos principais de produtos de carbonato de cálcio: nano carbonato de cálcio, carbonato de cálcio leve e carbonato de cálcio pesado. O pessoal de P&D precisa fazer escolhas razoáveis com base nos requisitos de desempenho do selante. Ao preparar selantes de nivelamento como compostos de encapsulamento, o carbonato de cálcio com um grande tamanho de partícula e boa fluidez pode ser selecionado. Para selantes com altos requisitos de tixotropia, o carbonato de cálcio com um pequeno tamanho de partícula e tratamento de superfície pode ser escolhido. Ao preparar selantes de alta dureza, a quantidade de carbonato de cálcio adicionado pode ser adequadamente aumentada. Para melhorar as propriedades de extrusão, o nano carbonato de cálcio e o carbonato de cálcio pesado podem ser usados em combinação.
Além disso, diferenças no tamanho de partícula, valor de absorção de óleo, teor de umidade, método de ativação de superfície e seleção de ativador podem resultar em variações significativas nas propriedades físicas e mecânicas dos selantes. Por exemplo, ao estudar o efeito do carbonato de cálcio no desempenho do selante de silicone de dois componentes, podemos fornecer informações de referência valiosas para selecionar carbonato de cálcio em selantes.
Os selantes de silicone são divididos em dois componentes: cola base (Componente A) e agente de cura (Componente B).
Componente A: Adicione 120 partes de borracha de silicone 107 e 100 partes de carbonato de cálcio a uma misturador planetário duplo e misture bem. Depois, transfira a mistura para um recipiente limpo e feche.
Componente B: Adicione o agente de cura a um misturador planetário duplo, misture bem e depois transfira para um tubo de plástico limpo e feche.
Informações detalhadas sobre produtos de carbonato de cálcio de seis fabricantes são mostradas abaixo:
Tabela 1: Informações detalhadas sobre produtos de carbonato de cálcio de diferentes fabricantes.
Teor de umidade do carbonato de cálcio
Os resultados dos testes de teor de umidade dos produtos de carbonato de cálcio de diferentes fabricantes são mostrados na Tabela 2.
Tabela 2: Teor de umidade dos produtos de carbonato de cálcio de diferentes fabricantes
Conforme mostrado na Tabela 2, o teor de umidade de todas as amostras de carbonato de cálcio detectadas após entrarem na fábrica é maior do que o valor fornecido pelo fabricante até certo ponto. Isso ocorre porque o carbonato de cálcio absorve facilmente a umidade durante o transporte. Quando a absorção de umidade atinge um certo nível, uma estrutura de rede microscópica local com carbonato de cálcio como o nó se formará. Em casos graves casos, microestruturação local e concentração de estresse podem ocorrer no selante, levando à formação de um grande número de “partículas” finas uniformemente distribuídas, que se manifestam como encolhimento local ou saliências. Portanto, durante a produção do selante, um processo de desidratação é necessário na fase de mistura. Para selantes de cura por umidade, o carbonato de cálcio deve ser seco antes da incorporação para evitar afetar a estabilidade de armazenamento do selante.
Efeito de diferentes carbonatos de cálcio na viscosidade do selante
Após o componente selante preparado A ter sido colocado sob condições padrão por 24 horas, sua viscosidade foi testada usando um viscosímetro rotacional. Os resultados do teste são mostrados na Tabela 3.
Tabela 3: Viscosidade do Componente A
Pode ser visto na Tabela 3 que para produtos de carbonato de cálcio com tamanhos de partículas semelhantes, a viscosidade dos selantes feitos a partir deles também é semelhante. Entre os 6 produtos selantes, a viscosidade dos selantes feitos de carbonato de cálcio 5# e 6# é ligeiramente menor, o que se deve aos tamanhos de partículas maiores dos dois.
Efeito de diferentes carbonatos de cálcio na fluidez de selantes
Os resultados dos testes de fluidez dos selantes são mostrados na Tabela 4.
Tabela 4 Fluidez do selante
A partir dos resultados da Tabela 4, pode-se observar que os selantes preparados com carbonato de cálcio 1# e 2# não fluem, enquanto os selantes preparados com carbonato de cálcio 3#-6# exibem boa fluidez. Em outras palavras, os selantes feitos com nano carbonato de cálcio têm boa tixotropia, enquanto aqueles feitos com carbonato de cálcio leve e pesado têm boas propriedades de nivelamento. Assim, o tamanho das partículas de carbonato de cálcio determina a tixotropia e as propriedades de nivelamento do selante.
Efeito de diferentes carbonatos de cálcio na dureza do selante
Os resultados dos testes de dureza do selante são mostrados na Tabela 5.
Tabela 5 Dureza do selante
Efeito de diferentes carbonatos de cálcio nas propriedades mecânicas de selantes sob condições padrão
Os dados apresentados na Tabela 5 mostram que os selantes preparados usando carbonato de cálcio pesado 5# e 6# exibem menor dureza, enquanto aqueles preparados com carbonato de cálcio 1#-4# demonstram maior dureza. Essa diferença pode ser atribuída ao tratamento de superfície do carbonato de cálcio. O carbonato de cálcio tratado com ácidos graxos forma vários pontos de reticulação física, aumentando assim a dureza do selante resultante. Em contraste, o carbonato de cálcio pesado, que não tem tratamento de superfície, influencia a dureza do selante com base em sua dureza intrínseca.
Propriedades mecânicas de selantes sob condições padrão
Os componentes A e B do selante foram misturados em uma proporção de massa de 12:1 e deixados para curar por 14 dias sob condições padrão [temperatura: (23 ± 2) °C, umidade relativa: (50 ± 5)%]. Uma folha com uma espessura de (2,0 ± 0,2) mm foi formada após a mistura. As propriedades mecânicas, incluindo resistência à tração e alongamento na ruptura, foram então testadas seguindo o padrão GB/T 528-2009. Além disso, testes de alta e baixa temperatura foram conduzidos para avaliar o desempenho do selante sob condições extremas. Para o teste de alta temperatura, a amostra foi colocada em um forno a 90°C por 168 horas, seguido por um teste de tração. Para o teste de baixa temperatura, a amostra foi submetida a -30°C por 168 horas antes do teste de tração.
Tabela 6 Os resultados dos ensaios de propriedades mecânicas em condições padrão são resumidos
Resistência à tração e alongamento na ruptura de selantes feitos com diferentes carbonatos de cálcio
Conforme mostrado na Tabela 6, os seis tipos de selantes de silicone feitos com diferentes carbonatos de cálcio exibem resistência à tração e alongamento na ruptura variáveis após a vulcanização. Especificamente:
- A resistência à tração e o alongamento na ruptura dos selantes feitos com carbonato de cálcio 1# e 2# são semelhantes.
- A resistência à tração e o alongamento na ruptura dos selantes feitos com carbonato de cálcio 3# e 4# também são comparáveis.
- A resistência à tração e o alongamento na ruptura dos selantes feitos com carbonato de cálcio 5# e 6# são próximos entre si.
Os carbonatos de cálcio 1# e 2# são nanodimensionados, com tamanhos de partículas em torno de 50 nm e uma grande área de superfície específica. Esses nanocarbonatos de cálcio têm muitos pontos de contato (locais de reforço) com a matriz polimérica do selante, facilitando interações fortes na interface molecular. Isso melhora a tenacidade do selante, a resistência ao impacto e a resistência ao rasgo, evitando a propagação de rachaduras, gerando faixas de cisalhamento e absorvendo energia, aumentando assim a resistência à tração e o alongamento.
Os carbonatos de cálcio 3# e 4# são pós leves ativos de tamanho micrométrico, com uma área de superfície específica apenas ligeiramente menor do que a dos nanocarbonatos de cálcio. Seu efeito de reforço é semelhante, mas ligeiramente menos eficaz do que o do nanocarbonato de cálcio, devido a menos pontos de reforço.
Os carbonatos de cálcio 5# e 6# são pós de cálcio pesado ativo com uma área de superfície específica significativamente menor em comparação aos nano e carbonatos de cálcio leves ativos. Esses pós oferecem o menor número de pontos de reforço, resultando na menor resistência à tração e alongamento na ruptura, e no efeito de reforço mais fraco.
Propriedades mecânicas do selante sob condições de alta temperatura de 90 ℃
Os resultados dos testes das propriedades mecânicas do selante sob condições de alta temperatura de 90 ℃ são mostrados na Tabela 7.
Tabela 7 Propriedades mecânicas do selante sob condições de alta temperatura de 90 ℃
Após tratamento de alta temperatura a 90°C, a resistência à tração e o alongamento na ruptura do selante são significativamente reduzidos. Entre todos, aqueles feitos com nano carbonato de cálcio 1# e 2# exibem as reduções mais substanciais em resistência e alongamento. Isso é atribuído à grande área de superfície específica do nano carbonato de cálcio, que resulta em uma área de aquecimento maior. Como resultado, seu efeito de reforço é mais sensível ao tratamento de alta temperatura, levando a uma maior redução nas propriedades mecânicas.
Propriedades mecânicas de selantes em condições de baixa temperatura de -30°C
Os resultados dos testes para as propriedades mecânicas dos selantes sob condições de baixa temperatura de -30°C são mostrados na Tabela 8. Comparados às condições padrão, a resistência à tração e o alongamento na ruptura de vários selantes aumentaram em extensões variadas. As razões para esse resultado inesperado justificam investigação e confirmação adicionais.
Tabela 8 Propriedades mecânicas do selante em baixa temperatura de 30 ℃
Conclusão
Diferentes tipos de carbonato de cálcio têm efeitos distintos no desempenho dos selantes. Carbonato de cálcio nano, com seu pequeno tamanho de partícula, fornece o melhor reforço, resultando em produtos selantes. Ele também tem excelente tixotropia e a mais alta resistência à tração e alongamento na ruptura. Carbonato de cálcio leve e carbonato de cálcio pesado, com tamanhos de partícula ligeiramente maiores, oferecem um reforço menos eficaz em comparação ao nano carbonato de cálcio. Mas os selantes feitos a partir deles exibem boa fluidez. Selantes feitos com carbonato de cálcio leve têm a maior dureza. Aqueles feitos com carbonato de cálcio pesado têm a menor dureza.
Tanto os tratamentos de alta quanto de baixa temperatura afetam as propriedades mecânicas dos selantes de silicone. Após a exposição à alta temperatura, a resistência à tração e o alongamento dos selantes feitos com diferentes carbonatos de cálcio diminuem. Por outro lado, após a exposição à baixa temperatura, essas propriedades aumentam nos diferentes tipos de selantes à base de carbonato de cálcio.
