لا يمكن للكالسيوم كربونات أن يخفض تكلفة المواد الخام للمنتجات البلاستيكية فحسب، بل لها أيضًا تأثير في تحسين بعض الخصائص الخاصة بمواد البلاستيك. وتشير النتائج البحثية إلى أن أنواع مختلفة من الكالسيوم كربونات، عند استخدامها بشكل صحيح، يمكن أن تحسن بشكل ملحوظ أداء البلاستيك الأساسي، ولكن التمييز الدقيق بين الكالسيوم كربونات الخفيف والثقيل ظل مصدر إزعاج للعديد من المستخدمين. وفيما يلي سيتم شرح الاختلافات بين الاثنين من خلال زوايا مختلفة.

1. طريقة الإنتاج

يُصنع كربونات الكالسيوم الثقيلة بشكل رئيسي من مسحوق المواد الخام الطبيعية مثل الكالسيت، والرخام، وحجر الجير، والجبس، والجبل الأبيض، وذلك من خلال عملية طحن ميكانيكي.

يُصنع كربونات الكالسيوم الخفيفة بشكل رئيسي من حجر الجير، ويتم تحويله إلى مادة مسحوقية عبر عمليات التسخين، والتحلل، والكربونيز، والتخلص من الرطوبة، والتجفيف، وتصنيف المواد.

2. كثافة التراكم

الفرق الأكثر وضوحًا بين كربونات الكالسيوم الثقيلة وكربونات الكالسيوم الخفيفة هو تفاوت كثافة التراكم للمنتج.

يتميز كربونات الكالسيوم الثقيلة بكثافة تراكمية كبيرة، وعادة ما تتراوح بين 0.8 إلى 1.3 جرام/سم³؛

يتميز كثافة التراكم لمنتجات الكالسيوم الكربوني الخفيفة بانخفاضها، وعادة ما تتراوح بين 0.5 إلى 0.7 جرام/سم³، بينما قد تصل كثافة التراكم لبعض منتجات الكالسيوم الكربوني النانوي إلى حوالي 0.28 جرام/سم³.

3. قيمة امتصاص الزيت

بسبب حجم الجسيمات الكبير وسطحه الناعم ومساحته السطحية النسبية الصغيرة، فإن كربونات الكالسيوم الثقيلة تمتلك قيمة امتصاص الزيت منخفضة، وعادة ما تتراوح بين 15-35 مل/100 جرام.

تتميز حبيبات الكالسيوم الكربوني الخفيفة بمسامات دقيقة وسطح خشن نسبيًا، ومساحة سطحها الكبيرة، مما يجعل قيمتها الامتصاصية للزيوت مرتفعة، وعادة ما تتراوح بين 60-90 مل/100 جرام.

4. البياض

بسبب احتوائه على نسبة عالية من الشوائب النسبية، فإن لون المنتج الأبيض عادة ما يتراوح بين 89% و93%، وفي حالات نادرة يمكن أن يصل إلى 95%.

تتميز منتجات كربونات الكالسيوم الخفيفة بدرجة نقاء عالية، وبالتالي تكون درجة البياض عادة ما تتراوح بين 92% إلى 95%، وقد تصل بعض المنتجات إلى 96% إلى 97%.

5. محتوى الرطوبة

يبلغ محتوى الرطوبة في منتجات كربونات الكالسيوم الثقيلة عادةً ما بين 0.2% إلى 0.3%، وهو منخفض نسبيًا ومستقر إلى حد ما، ويمكن أن يصل محتوى الرطوبة في بعض المنتجات الفاخرة إلى حوالي 0.1%.

يبلغ محتوى الرطوبة في منتج الكالسيوم كربونات الخفيف العادي ما بين 0.3% إلى 0.8%، وقد يشهد بعض التقلبات، ولا يكون مستقرًا بشكل كبير.

6. شكل الجسيمات

خصائص مسحوق كربونات الكالسيوم الثقيلة هي: شكل الجسيمات غير منتظم، وتحتوي على حواف حادة، وسطحها خشن؛ وتختلف أحجام الجسيمات بشكل كبير، مع توزيع واسع في الحجم، ويكون الحجم الأكبر. لا يُحدث التكسير أو التفكيك تغييرًا في الشكل البلوري لكربونات الكالسيوم الثقيلة، حيث تكون كربونات الكالسيوم الثقيلة من الكالسيت ذات الشكل السداسي، بينما تكون كربونات الكالسيوم الثقيلة من الرخام ذات الشكل المكعب، ويعتمد ذلك بشكل رئيسي على مكان الإنتاج.

تتميز مسحوق الكالسيوم كربونات الخفيف بأشكال حبيبية منتظمة، ويمكن اعتباره مسحوقًا متجانسًا وفرديًا؛ كما أن توزيع الحجم الناعم ضيق نسبيًا. وبناءً على اختلاف شكل الجسيمات، يمكن تصنيف الكالسيوم كربونات الخفيف إلى أشكال مختلفة مثل الشكل المثلثي، والكُعبية، والخيطية، والسلسلة، والทรง الكروي، والصفائحية، واللُّبَّية.

7. النكهة

يحتوي كربونات الكالسيوم الخفيفة على رائحة الجير المتبقي بسبب عدم اكتمال تفاعل أكسيد الكالسيوم، مما يسبب رائحة قوية عند استخدامها في الحشوات مثل البسكويت، بينما لا تحتوي كربونات الكالسيوم الثقيلة على هذه الرائحة.

8. حجم الحبيبات

تتراوح حجم حبيبات منتجات كربونات الكالسيوم الثقيلة بين 0.5 و45 ميكرومتر، وتُصنف حسب الحجم المتوسط الأصلي (d) إلى: كربونات الكالسيوم المطحونة بعمق (أكثر من 3 ميكرومتر)، وكربونات الكالسيوم المطحونة بدرجة ناعمة (1-3 ميكرومتر)، وكربونات الكالسيوم فائقة النعومة (أقلها حاليًا حوالي 1 ميكرومتر).

يمكن تصنيف كربونات الكالسيوم الخفيفة حسب متوسط حجم الجسيمات الأصلي (d) إلى: الكالسيوم الخفيف العادي والكالسيوم النانوي الخفيف، حيث يبلغ حجم الجسيمات الأولية للكالسيوم الخفيف العادي (3-5 ميكرومتر)، بينما يتراوح حجم الجسيمات الأولية للكربونات الكالسيومية النانوية بين 80 و120 ميكرومتر.

9. المساحة السطحية النوعية

الكربونات الكالسيومية الثقيلة الحالية، مثل المنتجات التي تحتوي على 60٪ من محتوى ذرات الـ2 ميكرومتر، يمكن أن تصل إلى مساحة سطح خارجية تزيد عن 5 م²/غ، ويمكن أن تصل أصغر حجمها حاليًا إلى 12 م²/غ.

تبلغ مساحة السطح النوعية للكالسيوم الكربوني الخفيف العادي عادةً حوالي 5 م²/غ، بينما تتراوح مساحة السطح النوعية للكالسيوم الكربوني الخفيف الدقيق بين 27 و87 م²/غ.

10. السيولة

من حيث التدفق، فإن البنية الدقيقة للكالسيوم الكربونات الخفيف تكون على شكل مثقب، ونظرًا لقيمه العالية في امتصاص الزيت، فإنه يمكنه امتصاص المكونات التي تعزز التدفق في التركيبة مثل المواد الشمعية، والمواد البلاستيكية، والعوامل الرابطة، ومواد التوزيع. لذلك فإن تدفقه أقل من تدفق الكالسيوم الكربونات الثقيلة، وعادةً ما يؤدي إضافة أكثر من 25 جزء إلى ذلك إلى تأثير كبير على التدفق.

يُعد كربونات الكالسيوم الثقيلة في شكل حبيبي تُحسّن التدفق (وإن كان إضافتها بكمية زائدة فإنها قد تؤثر سلبًا على التدفق، ويجب أن يُحدد المقدار بناءً على التركيبة). وفي تركيبات أنابيب PVC، إذا تم إضافة كربونات الكالسيوم أكثر من 25 جزء، فمن الأفضل استخدام كربونات الكالسيوم الثقيلة إذا أخذنا في الاعتبار خصائص التدفق.

11. السعر

يتم معالجة كربونات الكالسيوم الثقيلة بشكل رئيسي من خلال التكسير والطحن الميكانيكي؛

يتم إنتاج كربونات الكالسيوم الخفيفة من خلال ترسيب التفاعل الكيميائي، وعملية الترسيب هذه أكثر تعقيدًا بكثير من العملية السابقة، وتتطلب متطلبات أكثر صرامة. لذلك، فإن كربونات الكالسيوم الثقيلة ذات الحجم المماثل للحجم يُعدّ أقل سعرًا مقارنةً بالكربونات الخفيفة. وإذا كانت الأداء مقبولًا، فيمكن اختيار كربونات الكالسيوم الثقيلة التي تكون أكثر اقتصاداً وتكلفة أقل.

12. الوظيفة المعدلة

يُفضَّل استخدام البلاستيك المُصنَّع من الكالسيوم الثقيل الذي يتميز بقدرة تدفق أفضل، كما أن الأداء أفضل للبلاستيك المملوء بالكالسيوم الثقيل ذو الحجم الصغير.

يتميز كربونات الكالسيوم الخفيفة بمقاومة جيدة للصدمات وصلابة عالية، وعادةً ما تكون سطح البلاستيك المصنوع من الكالسيوم الخفيف أكثر نعومة، كما أن كثافته أقل.

13. التحكم في لون الضوء

اللون الرئيسي هو اللون الأساسي، بينما الضوء اللوني هو الظل المتبقي للون. العاملات الرئيسية التي تؤثر على اللون الرئيسي هي اختلاف بعض الشوائب النادرة المحتوية عليه، حيث يُحدث ذلك تأثيرًا معينًا على نوع البلورة.

14. القيمة الحموضية (pH)

معدل الحموضة (pH) للكالسيوم كربوناتي الثقيل يتراوح بين 8 و9؛

معدل الحموضة (pH) للكالسيوم كربونات الخفيف يتراوح بين 9 و10.

15. المقارنة بين الاقتصادات المعدنية

تكلفة تحضير المسحوق: تُعد التكلفة العادية مماثلة، وتقع في نفس المستوى التنافسي، ولكن إذا أضيفت تكاليف الرقابة البيئية ومعدل هدر الموارد، فإن تكلفة التوسع للكالسيوم الكربوني الخفيف تكون أعلى من الكالسيوم الكربوني الثقيل.

معدل التوازن البيئي: إنتاج كربونات الكالسيوم الثقيلة لا يُفرز سوى الضوضاء، ولا تُصدر "النفايات الثلاثة"، مما يجعل التحكم والتنسيق البيئي سهلًا؛ أما إنتاج كربونات الكالسيوم الخفيفة فيُفرز "النفايات الثلاثة"، وخاصة غازات الاحتراق، مما يؤدي إلى انخفاض المستوى العام للتوازن البيئي.

استخدام الموارد: يُسهل كربونات الكالسيوم الثقيلة الاستفادة الشاملة من الموارد المعدنية، بينما يصعب على كربونات الكالسيوم الخفيفة التحكم في الاستخدام المناسب للموارد المعدنية بفضل قدرتها الكيميائية في المعالجة.

16. أداء التطبيق

منتجات كربونات الكالسيوم الثقيلة: تُستخدم بشكل رئيسي في صناعات الورق والكربون والبلاستيك، حيث تكون كمية الحشو عادة كبيرة، وتُستخدم بشكل أساسي كحشوة حجمية لتقليل تكلفة تصنيع المنتجات المستخدمة.

منتجات كربونات الكالسيوم الخفيفة: تُستخدم على نطاق واسع في مجالات متعددة، وتتمثل المجالات الرئيسية لاستخدامها في البلاستيك والكربون والطلاءات والمواد اللاصقة وورق السجائر والطباعات وغيرها، حيث يتم استخدامها بشكل رئيسي كحشوة حجمية. أما منتجات كربونات الكالسيوم النانوية فتُستخدم عادةً أثناء التطبيق كحشوات وظيفية مُعدلة أو تعزيزية، كما تُستخدم أيضًا في الصناعات التي تتطلب تركيزًا مرتفعًا للحشوة.