Canxi cacbonat nghiền, chất độn quan trọng cho các sản phẩm chất dẻo
Nguồn: vinachem.com.vn
Từ chỗ là một chất độn rẻ tiền dùng để giảm giá thành chất dẻo, ngày nay
canxi cacbonat nghiền (GCC) đã trở thành một trong những khoáng chất chức
năng quan trọng nhất trong ngành sản xuất chất dẻo. Khi các nhà sản xuất chất dẻo
phát triển những sản phẩm mới với những tính năng độc đáo, các nhà sản xuất
GCC cũng liên tục đưa ra những loại sản phẩm GCC mới.
Lĩnh vực sử dụng
GCC được sử dụng chủ yếu để thay thế một phần nhựa, nhằm giảm giá thành
sản phẩm chất dẻo. Ngoài ra nó còn có tác dụng như bột màu và hỗ trợ quá trình
rửa, làm sạch chất dẻo, ngăn không cho máy ép tạo gôm dính với polyme, do đó
giảm thời gian ngừng máy để làm sạch. Các sản phẩm GCC tính năng cao còn có
tác dụng như chất độn tính năng, chúng làm tăng môđun uốn, tăng độ bền kích
thước, cải thiện các tính chất điện, tăng độ bền va đập và có tác dụng như tác nhân
chống kết khối.
Các bậc sản phẩm GCC phụ thuộc vào các tính chất vật lý như cỡ hạt, sự
phân bố cỡ hạt, hình dạng hạt,... và độ sáng. GCC sử dụng cho chất dẻo phải có
hàm lượng đồng, chì và mangan thấp, vì 3 nguyên tố đó kiềm chế sự lưu hóa và
gây lão hóa sản phẩm. Khi sử dụng GCC để sản xuất đồ chơi trẻ em bằng chất dẻo,
hàm lượng 3 nguyên tố đó phải ở mức tối thiểu, như CuO dưới 0,005%, MnO dưới
0,02%.
Trong 10 năm qua, nhiều phát triển kỹ thuật đã được thực hiện trong sản xuất
GCC, ví dụ sản xuất các loại GCC siêu mịn, cải thiện các bậc sản phẩm phủ bề
mặt, sản xuất GCC với sự phân bố cỡ hạt hẹp hơn, với cỡ hạt được xác định chính
xác hơn, để đạt các tính năng đặc biệt.
GCC được sử dụng cả cho các chất dẻo nhiệt rắn và các chất nhiệt dẻo. Tuy
lượng chất dẻo nhiệt rắn được sản xuất rất nhỏ so với các chất nhiệt dẻo, nhưng tỷ
lệ GCC được sử dụng trong các chất dẻo nhiệt rắn lại cao hơn nhiều.
Ở các chất nhiệt dẻo, PVC là lĩnh vực tiêu thụ GCC lớn nhất, còn polyetylen
là thị trường tiêu thụ GCC có tiềm năng tăng trưởng cao.
Các chất dẻo nhiệt rắn như polyeste gia cường bằng thủy tinh thường chiếm
khoảng 65-70% trọng lượng chất dẻo thành phẩm. Các sản phẩm polypropylen
thường chứa 20-60% chất độn cacbonat với cỡ hạt 1-3 mm tùy theo công thức pha
chế và mục đích sử dụng của sản phẩm.
Lĩnh vực sử dụng chính đối với GCC hạt thô là PVC được sử dụng để sản
xuất các ống thoát nước và gạch lát sàn. GGC bậc mịn hơn (3-5 mm) được sử
dụng để sản xuất dây điện, ống nước chịu áp lực, ống cấp nước và đồ nhựa dùng
ngoài trời. GCC bậc mịn cũng được sử dụng cùng với bột talc siêu mịn để chế tạo
chất dẻo ôtô nhằm mục đích giảm giá thành và tăng độ cứng, tăng độ bền va đập.
GCC thường được xử lý bằng axit stearic để đạt độ đồng đều hạt cao hơn, đồng
thời lại có tính kỵ nước. điều này làm tăng khả năng phân tán của GCC trong nhựa
và ngăn sự kết khối của khoáng chất - sự kết khối này là điểm bất lợi khi sử dụng
cho chất dẻo. Các hạt canxi cacbonat được xử lý bằng stearat cũng có khuynh
hướng tạo cho chất dẻo độ bền chống va đập và độ cứng cao hơn.
Tình hình cung cầu
Thị trường chất dẻo là một trong những nơi tiêu thụ lớn nhất đối với GCC.
Tuy nhiên, do bản chất phổ biến của sản xuất GCC nên khó có thể ước tính tổng
sản lượng GCC toàn cầu. Các nhà cung ứng chính trên thế giới đối với GCC cấp
chất dẻo là Imerys và Omya với những bộ phận sản xuất kinh doanh nằm ở châu
Á, châu âu, châu đại Dương và Bắc Mỹ. Các công ty lớn khác trong lĩnh vực này
là Công ty SA Reverté (Tây Ban Nha), Provencal SA (Pháp), Jordan Mineral Est
(Gioocđani), Huber Engineered Materials (Mỹ).
Nhu cầu GCC trên thế giới đạt khoảng 7,36 triệu tấn/năm, phân bố cho các
khu vực như sau:
- Châu Á và châu Đại Dương: 3,2 triệu tấn/năm.
- Châu Âu (phần lớn là ở Tây Âu): 1,7 triệu tấn /năm.
- Bắc Mỹ: 1,5 triệu tấn /năm.
- Trung Đông và châu Phi: 560.000 tấn/ năm.
- Nam Mỹ, Trung Mỹ: 400.00 tấn/ năm.
Ở châu Á, ngành chất dẻo tiêu thụ tới 35% nhu cầu GCC toàn khu vực. ước
tính, Nhật Bản tiêu thụ khoảng 460.000 tấn GCC/ năm cho lĩnh vực chất dẻo, Hàn
Quốc tiêu thụ khoảng 300.000 tấn/ năm, nhưng thị trường Trung Quốc là lớn nhất
trong khu vực. ước tính, năm 2000 chỉ riêng ngành chất dẻo Trung Quốc đã tiêu
thụ trên 2 triệu tấn GCC. Dự báo đến năm 2015 con số này sẽ lên đến 5 triệu tấn/
năm.
Các nhà máy nghiền ướt quy mô lớn của Trung Quốc đang cung cấp GCC
cho ngành chất dẻo là nhà máy Hua Xai Suzhou, tỉnh Jiangsu, nhà máy Daheng tại
Thượng Hải. Mới đây, Công ty Imerys đã tham gia liên doanh với tập đoàn Dalian
Youlan để xây dựng nhà máy GCC mới ở đại Liên. Nhà máy này sản xuất nhiều
loại sản phẩm GCC khác nhau (có và không xử lý bề mặt), chủ yếu cung cấp cho
công nghiệp chất dẻo tại Trung Quốc, Hàn Quốc và Nhật Bản. Sản phẩm GCC cấp
cao thích hợp cho các chất dẻo kỹ thuật như polyolefin, màng mỏng, dây điện và
PVC đùn ép.
Tại Bắc Mỹ, mới đây người ta dự báo nhu cầu khoáng chất cho chất dẻo sẽ
tăng trên 5%/năm. Nhu cầu GCC cho các chất dẻo như polypropylen, PVC, HDPE
có tiềm năng tăng trưởng trên 10%/năm. đối với một số ứng dụng đặc biệt, dự báo
tăng trưởng sẽ vượt quá 20%/năm.
Theo Công ty Huber Engineered Materials, tình hình cung cầu hiện tương
đối cân bằng, sự dư thừa công suất không lớn và nhu cầu không vượt quá công
suất của ngành. Nguyên nhân của điều này là sự tăng trưởng mạnh ở các lĩnh vực
nhỏ như màng mỏng, kết hợp với sự tăng trưởng vừa phải trong suốt cả năm. Các
nhà sản xuất canxi cacbonat cũng không có truyền thống mở rộng công suất một
cách nhanh chóng, vì điều đó đòi hỏi chi phí cao và giá thị trường hiện nay khiến
cho việc đầu tư lớn sẽ khó khăn.
PVC là chất dẻo tiêu thụ GCC nhiều nhất. Khoảng 70% GCC được tiêu thụ
cho PVC hoặc các polyme không bão hòa để sản xuất chất dẻo gia cường bằng
thủy tinh. Trong các sản phẩm PVC, chất độn cacbonat chiếm đến 20-30% trọng
lượng. Tuy một phần PVC có thể được thay thế bằng polyolefin, nhưng điều đó
không ảnh hưởng đến nhu cầu GCC, vì theo dự kiến, loại và hàm lượng chất độn
vẫn không thay đổi. Các nhà sản xuất PVC đang tìm cách nâng cao độ bóng của
sản phẩm, song song với đó các nhà sản xuất GCC, ví dụ Công ty Imerys, cũng
đang phát triển những loại GCC siêu mịn để đáp ứng những yêu cầu mới.
Các lĩnh vực ứng dụng tăng trưởng
Màng có lỗ xốp tế vi, còn được biết đến như các màng thông khí, màng
không thông khí và chất dẻo có thể phân hủy sinh học là những lĩnh vực tăng
trưởng đối với GCC.
Để giảm tác động đến môi trường của bao bì chất dẻo, ngày nay người ta
ngày càng quan tâm hơn đến các chất dẻo có thể phân hủy sinh học. Có nhiều khả
năng đây sẽ là lĩnh vực tăng trưởng cho việc ứng dụng GCC. Việc sử dụng GCC
có thể làm tăng sản lượng màng mỏng thêm 20%. ích lợi thật sự của việc sử dụng
canxi cacbonat là sản xuất các màng mỏng hơn nhưng bền hơn.
Các màng thông khí là những màng có những lỗ xốp cỡ micro, chúng cho
phép hơi nước có thể đi qua, nhưng ngăn các giọt nước lại. Các màng loại này
được ứng dụng cho các sản phẩm vệ sinh (tã lót trẻ em, ...), xây dựng (màng phủ
tường, màng che mái dưới ngói,...) và y tế (quần áo mặc một lần). Các thị trường
ứng dụng tiềm năng còn bao gồm các lĩnh vực bao bì, nông nghiệp, vải sợi,...
Tầm quan trọng của GCC trong các màng mỏng
Phương pháp thông thường nhất để sản xuất màng có lỗ xốp tế vi là sử dụng
hợp chất polyolefin độn canxi cacbonat và tạo ra màng co giãn với các lỗ xốp cỡ
micro trong cấu trúc. Các hạt GCC có tác dụng như là các chất khơi mào lỗ xốp
trong quá trình sản xuất, chúng được phân phối đồng đều trong mạng polyolefin.
GCC sử dụng cho những sản phẩm này phải có những tính năng nhất định và phải
không bị phá hủy trong quá trình phối trộn các chuỗi polyolefin-GCC.
Việc lựa chọn GCC là điều rất quan trọng vì nó sẽ ảnh hưởng đến ngoại hình,
màu sắc, tốc độ truyền hơi nước cũng như các tính chất cơ học của sản phẩm.
Nhưng ngoài ra còn có nhiều yếu tố quan trọng khác đặc trưng cho chất độn GCC
là:
- Tính kỵ nước: để ngăn ngừa độ ẩm và sự hấp thụ độ ẩm trong quá trình
phối trộn, lưu kho, vận chuyển và đùn ép.
- Khả năng có thể phân phối lại các hạt: biểu đồ phân bố cỡ hạt phải có dạng
đường dốc đứng, với cỡ hạt chính là 1-2 mm. Các hạt mịn nhất sẽ tạo ra diện tích
riêng bề mặt quá lớn, có thể ảnh hưởng tới tốc độ phân phối và hiệu suất của quá
trình phối trộn. Các hạt thô hơn sẽ làm mất ổn định cấu trúc lỗ xốp tế vi và ảnh
hưởng đến các tính năng cơ học của sản phẩm màng mỏng.
- Độ bền nhiệt: GGC phải có độ bền nhiệt cao để hỗ trợ quá trình phối trộn với nhiệt độ lên đến 280-300oC, và giai đoạn sốc nhiệt thứ hai ở 300oC khi đùn ép.
- Độ trắng: GCC phải tạo ra bề mặt có độ trắng thích hợp và đồng đều mà
không cần bổ sung thêm TiO2.
- Độ phân tán: tính năng này liên quan với yêu cầu phân tán hoàn toàn GCC
trong chất nền mà không kết tảng trong quá trình phối trộn.
Dự kiến, sự tăng trưởng của nhu cầu sử dụng GCC cho màng thông khí sẽ
diễn ra trong lĩnh vực sản xuất băng vệ sinh khô cho phụ nữ. ước tính, nhu cầu
màng thông khí cho lĩnh vực này tăng từ 200.000 tấn/năm (năm 2003) lên
250.000 tấn/năm (năm 2005). ứng dụng trong các lĩnh vực khác cũng tăng nhẹ.
Các sản phẩm cạnh tranh
Một số khoáng chất khác cũng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất chất
dẻo, ví dụ bột tan (talc) và volastonit. Chúng không cạnh tranh trực tiếp với GCC
do các tính năng của các khoáng chất này rất khác nhau và giá bột talc lại khá cao.
Nhưng GCC có thể được sử dụng kết hợp với các khoáng chất khác (như đất sét
nung) trong một số chất dẻo để nâng cao tính năng của sản phẩm. Canxi cacbonat
kết tủa (PCC) và các loại GCC mịn (dưới 1mm) có thể được sử dụng thay thế cho
nhau. Nhưng đa số các loại sản phẩm GCC đều thô hơn nhiều so với PCC, nên hai
loại sản phẩm này không cạnh tranh với nhau.
Giá cả
Phạm vi dao động rộng của giá GCC phản ánh sự phong phú của các loại sản
phẩm GCC đang có bán trên thị trường. Ví dụ, sản phẩm GCC loại thô (20 mm)
được sản xuất từ đá vôi có thể đạt mức giá 50 Euro/tấn, còn giá GCC siêu mịn (1
mm) với độ trắng cao, được sản xuất từ đá cẩm thạch, có thể lên đến vài trăm
Euro/tấn. Giữa hai mức giá này có nhiều mức giá khác, phụ thuộc nhiều yếu tố
như cỡ hạt, sự xử lý bề mặt, tức là những yếu tố phản ánh việc xử lý và nhu cầu
năng lượng cần thiết để sản xuất GCC. Nói chung, nếu sản phẩm càng được xử lý
nhiều thì giá càng cao. Giá GCC cũng phụ thuộc vào tính chức năng của sản
phẩm. GCC với tính năng kỹ thuật cao hơn thường đắt hơn nhưng có nhiều lợi ích
bổ sung như làm tăng sản lượng, chất lượng của sản phẩm chất dẻo.
Triển vọng tương lai
Nhìn chung, triển vọng tương lai của sản phẩm GCC trong ngành sản xuất
chất dẻo tương đối thuận lợi. Dự kiến nhu cầu GCC sẽ tăng vừa phải do sự ra đời
của các sản phẩm chất dẻo mới. Số lượng và chất lượng sản phẩm chất dẻo tăng
cũng đặt ra yêu cầu cao hơn đối với các bậc sản phẩm GCC. Trong lĩnh vực chất
dẻo, PVC vẫn sẽ là thị trường chính của GCC.
Do tính phức tạp kỹ thuật của sản xuất chất dẻo, tương lai của ngành sản xuất
GCC không chỉ phụ thuộc vào bản thân sản phẩm này, mà còn vào sự hỗ trợ kỹ
thuật của các nhà sản xuất GCC cho khách hàng của mình. Các nhà sản xuất GCC
cần cộng tác chặt chẽ với các nhà sản xuất chất dẻo để phát triển và đưa ra thị
trường những sản phẩm mới, điều này đòi hỏi phải có chiến lược phát triển và tầm
nhìn xa./.
