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重鈣 輕鈣 納米鈣在涂料中的應用現狀和發展趨勢分別是什么

添加時間:2017年07月22日   【字體大小: 】 關注:1174

  重質碳酸鈣

  1 概述

  重質碳酸鈣( 俗稱重鈣) 是世界涂料工業的理想填料,我國目前涂料用重鈣估計用量在40萬t以上,其中建筑涂料、紙張涂料、粉末涂料是重鈣消耗較多的領域。

  由于重鈣應用的場所多數對細度要求不是很苛刻,所以目前市場上出現的重鈣一般都未經過表面處理。但粉末涂料由于流動性差,一般應將超細重質碳酸鈣進行表面改性,改性劑多采用一些偶聯劑如鈦酸酯等,或磷酸、表面活性劑、硫酸鋁與六偏磷酸鈉等,有時脂肪酸一并被考慮,近來出現一些使用高聚物作表面處理劑。

  通過改性,碳酸鈣的用量可增加20%~50%,且光澤、流平性均增加。由于重質碳酸鈣無毒,在要求無毒的粉末涂料中很有市場基礎,如童車、玩具等。

  2 應用

  (1) 在建筑涂料領域,使用重鈣的最主要目的是降低配方成本,特別是對于超微細重鈣(12μm),它可以代替部分鈦白顏料(一般認為,這時由于超微細化的重鈣促進了鈦白的分散) ,由于吸油值相對較低,較高的硬度、白度、遮蓋力賦予涂料成膜后具有較好的硬度、耐磨性,而且當粉體粒徑在1μm 左右時,重鈣對光澤的影響相對較小,這時重鈣可用于高光澤涂料,且易于流動而促進涂料加工,樹脂的用量亦相對下降。

  重鈣的填充率高,用于底漆和膩子,可以填充孔穴,使底漆與膩子的打磨性、面漆的光澤提高。而面漆中使用微細化重鈣后,涂層的耐化學品性、明度、光澤、流平性、硬度、色澤穩定性(耐候性的影響)等均有改善。

  建筑涂料中使用的重鈣由于大多考慮的是替代鈦白顏料,因而硬度要求較高,一般應不低于95%,而微細化重鈣應在97% 左右。對于外墻涂料,考慮到SiO2對涂層耐候性的影響不利,重鈣中的SiO2含量應盡可能低(一般在5%以下)。

  (2) 在防腐蝕涂料中,重鈣往往是與輕鈣拼用的,重鈣的存在只是輔助調整涂料的CPVC 值。由于容易引起沉底,而防沉劑的過多引入一般對耐水性都有一些影響。

  (3) 紙張涂料對重鈣的要求較一般涂料要高一些。其對細度、白度的要求均較一般涂料要高,據報道在紙漿中使用重鈣較輕鈣具有更好的補強作用。

  由于重鈣在酸性條件下不穩定,一般適于堿性造紙,而使用重鈣時,紙張的白度、不透明性、適印性等均較含滑石粉的酸性紙明顯提高。

  從目前情況看,堿性施膠造紙是造紙工業的發展趨勢,因而重鈣在紙漿涂料中的前景很好。作為紙張涂料級使用的重鈣,粒徑一般控制在2μm 以下。

  輕質碳酸鈣

  輕質碳酸鈣( 俗稱輕鈣) 是通過沉淀法人工合成得到的,質地較軟,普通輕鈣一般沒有經過表面處理,易于吸水且吸油量高,成膜物樹脂難于完全潤濕,與硬質碳酸鈣比較更難分散。

  相對于重鈣而言,由于輕鈣是人工合成的,晶型與組成易于控制,因而可賦予輕鈣具備多種功能,相對較高的比表面使粉體在涂層中的補強效果明顯優于重鈣。

  普通的輕鈣除部分用于建筑涂料、紙張涂料、粉末涂料外,主要用于防腐蝕涂料,超微細輕鈣除作為填料外,還具備一定的耐水性、緩蝕性。每年僅用于各類防腐蝕涂料( 包括船舶涂料、集裝箱涂料、車輛底漆、橋梁及鋼結構防腐等)的輕鈣估計在10萬t以上。加上紙張涂料、建筑涂料等,每年用于涂料的輕鈣在20萬t左右。

  目前市場上銷售的用于常規涂料的輕鈣幾乎都是未經表面處理的,而這些輕鈣在涂料中皆易于沉底、結塊。輕鈣生產廠可以考慮對輕鈣進行適當處理,處理劑的選擇當然要慎重,絕大多數表面處理劑都可以改善輕鈣在涂料中的分散性,但由于與成膜物樹脂之間相互作用有別,只有那些處理劑與基料樹脂之間存在較好的相容性,且處理劑本身力學性能、耐化學品性、耐熱耐光等性能得到保證,處理劑才可以使用,很多文獻上都介紹了一系列處理劑,但對性能的討論不完整,其實都缺乏實用性。

  涂料用的原料并不是唯價格是從,在性能得到提高后,涂料廠家一般更看重的是性價比。就表面處理而言,納米碳酸鈣、重鈣的處理情況類似。

  納米碳酸鈣

  將納米材料應用于涂料中,由于成膜基料、顏填料及助劑等分子中存在著諸多的活性點,這些活性點可能會與納米粒子表面的活性點發生強烈的相互作用,從而有可能形成致密而穩定的涂層,使涂膜的物理化學性能顯著提高。

  碳酸鈣是一種無毒、無刺激、無氣味的白色軟質填料,在涂料工業中,其易于與各類聚合物相溶,熱穩定性好,是較常用的原料之一,在成膜物中起著骨架作用。

  近年來隨著納米技術的興起,納米碳酸鈣作為廉價的納米顆粒,將其應用于涂料中以期獲得涂料性 能的改善一直是涂料界關注的熱門話題之一,尤其是國內眾多萬噸級的納米碳酸鈣生產線的建成,更是迫切需要尋找包括涂料在內的一系列領域中獲得應用,然而納米碳酸鈣直接應用于涂料中,存在以下缺陷:顆粒表面能高,處于熱力學不穩定狀態,極易團聚;碳酸鈣表面親水疏油,極性很高,在有機介質中難以分散,與基料的結合力差,易形成界面缺陷,導致涂膜性能下降。與普通輕鈣、重鈣相比,納米碳酸鈣的表面處理顯得更為重要。

  

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