С развитием общества растет спрос на смазочные материалы. Поэтому при их производстве необходимо учитывать не только эксплуатационные характеристики, но и экономические, экологические и экологические аспекты. В связи с растущим вниманием к вопросам охраны окружающей среды, разработка высокоэффективных, «экологически чистых» смазок является перспективным направлением развития.
Карбонат кальция с химической формулой CaCO₃ – это белое твердое вещество без запаха, являющееся важным неорганическим соединением в природе. В природе карбонат кальция встречается в основном в таких минеральных ресурсах, как известняк, кальцит, мрамор и доломит, причем известняк является наиболее распространенным. В зависимости от способа получения карбонат кальция подразделяется на тяжелый и легкий.
1. Тяжелый карбонат кальция
Тяжелый карбонат кальция, сокращенно ТКК (ТГК), производится непосредственно из высококачественного известняка, кальцита, мрамора, мела и другого сырья путем дробления и измельчения (тонкого или сверхтонкого помола) до порошкообразного состояния. Порошки тяжёлого карбоната кальция характеризуются нерегулярной формой частиц, широким распределением размеров частиц и крупным размером частиц. Белизна и форма кристаллов тяжёлого карбоната кальция варьируются в зависимости от исходного сырья. Размер его частиц зависит от оборудования для обработки порошка, при этом мельчайшие частицы достигают 0,1 мкм.
2. Лёгкий карбонат кальция
Лёгкий карбонат кальция, также известный как осаждённый карбонат кальция (ОКК), получают из известняка путём прокаливания, выщелачивания и карбонизации. Он отличается мелким размером частиц (средний размер первичных частиц 0,07 мкм), высокой белизной и регулируемой формой кристаллов. Лёгкий карбонат кальция подразделяется на три типа: обычный лёгкий карбонат кальция, активированный лёгкий карбонат кальция и нанокарбонат кальция. Лёгкий карбонат кальция имеет десятки различных морфологий кристаллов, семь из которых наиболее распространены: веретенообразная, кубическая, игольчатая, цепочечная, сферическая, пластинчатая и аморфная.
3. Применение карбоната кальция в смазках
Смазка представляет собой полужидко-твердый смазочный материал, получаемый путем загущения базового масла загустителем. Загустители, базовые масла и присадки – три основных компонента смазок. Наряду с процессом приготовления смазки, эти три компонента играют ключевую роль в определении и влиянии на эксплуатационные характеристики смазки. Современные технологии производства и разработки рецептур смазок – это целая наука, а смазка – высокотехнологичный продукт.
3.1 В качестве сырья для загущения кальциевых смазок
Кальциевое мыло является важным компонентом кальциевых смазок, а карбонат кальция – одним из основных видов сырья для их производства. Карбонат кальция разлагается при высоких температурах с образованием оксида кальция, который затем реагирует с водой с образованием гидроксида кальция (действующего как омыляющий агент). Наконец, гидроксид кальция вступает в реакцию омыления с жирными кислотами, образуя кальциевое мыло.
3.2 В качестве присадок к смазкам
Присадки к смазкам – это вещества, добавляемые в смазку для улучшения ее эксплуатационных характеристик. Они могут улучшить как присущие смазке свойства, так и те, которых ей не хватает. С развитием науки и технологий наноматериалов исследования присадок к смазочным материалам постепенно сместились с традиционных материалов на наноматериалы, и в центре внимания оказались новые наноприсадки к смазкам.
3.3 Наполнители как ускорители объёма и веса смазки
Наполнители также используются в производстве смазок. Это нерастворимые в масле твёрдые присадки, в основном в виде нерастворимых в масле твёрдых порошков, которые смазывают, улучшают герметизирующие и барьерные свойства. Большинство наполнителей для смазок сами по себе выполняют функции твёрдых смазочных материалов, улучшая смазывающие свойства смазок.
Основываясь на исследованиях его применения в качестве присадки к смазкам, следует учитывать следующие моменты при использовании карбоната кальция в качестве наполнителя для увеличения объёма и веса смазки:
1) Модификация поверхности. Карбонат кальция — полярное неорганическое вещество с гидрофильной и олеофобной поверхностью, плохой совместимостью с маслом и тенденцией к агломерации. Базовое масло является основным компонентом смазки по массе. Для повышения совместимости с маслом карбонат кальция перед использованием в качестве наполнителя пластичных смазок необходимо подвергнуть поверхностной модификации.
2) Ультратонкое измельчение частиц. Наноматериалы обладают уникальными и превосходными свойствами, и в настоящее время многочисленные исследователи изучают их применение в пластичных смазках. Наночастицы могут использоваться в качестве присадок к пластичным смазкам, прежде всего, благодаря своим трём преимуществам: во-первых, их высокая диффузионная и самодиффузионная способность позволяет им образовывать хорошо проникающий или диффузионный слой на металлических поверхностях трения, обеспечивая противоизносный эффект; во-вторых, их малый размер, почти сферическая форма, действует как «подшипник качения» на поверхности трения, изменяя способ смазки пары трения и снижая коэффициент трения; в-третьих, частицы могут полировать и укреплять фрикционные поверхности.
· поверхность, выдерживая внешние нагрузки и улучшая несущую способность смазки.
3) Морфология кристаллов карбоната кальция. Форма кристаллов является важнейшей технической характеристикой карбоната кальция, определяющей его назначение. При использовании в качестве наполнителя в смазках необходимо выбрать соответствующую кристаллическую форму. В настоящее время основные морфологии карбоната кальция, используемого в смазочных материалах, включают кубическую, сферическую и аморфную.
Карбонат кальция как наполнитель для смазок обладает такими преимуществами, как экологичность и низкая стоимость. Использование карбоната кальция для увеличения объема и веса смазки без ущерба для ее эксплуатационных характеристик позволяет сократить расход сырья, что положительно сказывается на окружающей среде и снижает производственные затраты.