(中國粉體技術網/班建偉)重質碳酸鈣因其來源廣泛、價格低廉,因此廣泛用作橡膠、塑料、造紙、涂料、油墨、醫藥、食品、日化等行業的填料,以節約母料、增容增重、降低成本。重質碳酸鈣用于涂料中作為填顏料使用時,不僅可以大幅度降低涂料的成本,且能影響涂料的許多性能,如改善涂料的機械強度、提高涂膜的耐水性等,而被廣泛應用為涂料的體質顏料。也正是可以作為優質價廉的功能性填料,所以在民用與工業涂料中,重質碳酸鈣一直是涂料組成中最主要的基礎物質之一。
重質碳酸鈣的填充率高,用于膩子和底漆可以起到填充空穴的作用,提高了膩子和底漆的打磨性,面漆的光澤也得以提高。經超細化加工后,重質碳酸鈣能改善耐化學品性、明度、光澤、流平性、色澤穩定性等性能。在建筑材料領域,粒徑小于12阻m重質碳酸鈣粉能夠促進鈦白在涂料中的分散性能,因而使得鈦白粉的添加量減少。且由于其比表面積大,吸油值相對較低,硬度、白度、遮蓋力好,使得涂料成膜后具有較好的硬度。在以往的研究中,人們一般重視如何提高涂料的性能,有關不同品種重質碳酸鈣在涂料中的應用性能的對比方面,還未見報道。本文中將選用3種不同的礦種,制備出不同細度的重質碳酸鈣粉體,將其應用于外墻涂料中,并考察其主要性能,旨在探討不同細度重質碳酸鈣粉體作為外墻涂料的主要體質顏料時對涂料性能的影響。
1 實驗
1.1 原料與試劑
3種方解石礦來自浙江不同礦種,分別為A、B、C礦。其中以A礦的品質最好,CaCO3,質量分數超過99.0%,白度大于96%,Fe、Pb、Hg、Cd等元素含量極低;B礦中CaCO3質量分數超過95%,白度大于92%;C礦中CaCO3質量分數超過98%,白度大于95%,B、C礦中Fe、Pb、Hg、Cd等元素高于A礦。多功能助劑、潤濕劑、消泡劑、殺菌劑、苯丙樹脂等助劑由中興行國際商貿公司提供,乙二醇由浙江大方化學試劑廠生產。
1.2 重質碳酸鈣樣品制備
不同粒度重質碳酸鈣粉體的制備,其工藝如圖1所示。按照圖1的工藝,將A、B、C礦分別粉碎成18μm細粉,樣品分別記為A、B、C;再將A礦細粉分別超細磨至2.6、1.6斗μm,樣品分別記為D、E。按照一定的比例將樣品A與樣品D、E混合,制成樣品F、G、H、.I,共4個樣品,將樣品A與樣品C、D按照一定比例混合制成樣品J、K。
1.3涂料的制備
為檢測不同重質碳酸鈣粉在涂料中的應用特性,設置了以重質碳酸鈣粉為主要體質顏料的外墻涂料基本配方,如表1。
按照上述制備工藝,按照先后順序將一定量的水、丙二醇、分散劑、多功能助劑、潤濕劑、消泡劑、殺菌劑在適當的攪拌速度條件下攪拌均勻,再緩緩加入鈦白粉和重質碳酸鈣細粉,待體質顏料加完后,先在1600 r/min的轉速條件下攪拌5 min,然后調整轉速為3200 r/min,再攪拌8 min;降低攪拌速率,加入苯丙乳液、成膜助劑、消泡劑、增稠劑和流平劑,在420 r/min的轉速條件下攪拌1-2 min,過濾,記得涂料樣品,儲存備用。
1.4檢測方法
以重質碳酸鈣為體質顏料的外墻涂料由上海現代環境工程技術有限公司生產的SFJ-400D砂磨、分散、攪拌多用機制備;其濕膜厚度、黏度、耐洗刷性、遮蓋性分別由上海現代環境工程技術有限公司生產的濕膜測厚儀、STM—IVB型斯托墨黏度計、JTX-JI型建筑涂料耐洗刷儀、C84一II型反射率儀,涂料的白度由北京光學儀器廠生產的WSC型測色色差計按照相關標準測定。
2 結果與討論
3個礦種重質碳酸鈣細粉在外墻涂料中的應用情況如表2所示。由表可知:以白度高、CaCO3,含量高的A粉為體質顏料制備的涂料,其遮蓋性能、白度也相對較高,遮蓋性能分別是B粉、C粉的1.03、1.11倍,白度均為B粉、C粉的1.01倍。
將A礦超細粉磨成不同細度的重質碳酸鈣粉體,并將其作為主要體質顏料制備了外墻涂料,涂料主要性能如表3所示。由表可以看出:以用A礦制備不同細度的霞質碳酸鈣粉,A、D、E為體質填料的外墻涂料,其黏度值隨著細度的增加而降低,遮蓋性能的差別不大,涂料自度值相差亦較小;其中耐洗刷性能最好的是E樣品(細度為1.6μm為體質顏料的涂料,較A、D樣品的提高27.27%。
在一定配方條件下,研究了不同級配重質碳酸鈣粉作為體質顏料時,涂料性能的差異,具體研究結果,如表4所示??梢钥闯觯涸谝欢ǖ呐浞綏l件下,除涂料的白度變化較小外,以粗、細粉按照一定的比例制備重質碳酸鈣樣品為體質顏料制備的涂料的斯托墨黏度Krebs單位(KU)值較以重質碳酸鈣粗粉為體質顏料制備的要小,施工性變好;粗、細粉的粒徑相差越大,其黏度越小,實用性越好,細粉的含量越高,其黏度值也相應降低,施工性好。如以C、F、G樣品為體質顏料的涂料樣品中,F樣品的黏度值較C樣品的降低11.01%,G樣品的黏度值較C樣品的降低21.63%,提高細粉含量后,其黏度值進一步降低,分別降低27.42%、27.50%(如H、I樣品數據);經過適當配置后,涂料的遮蓋性能也得以提高,最低能提高1.59%(G樣品與C樣品相比),最高提高可達19.05%(I樣品與C樣品相比);其耐洗刷性也得以提高,一般在1.4—4.0倍之間。
粉體工程學理論認為:適當的粒度分布有利于粉體的緊密堆積,原因是在一定的條件下,小顆粒在粉體的堆積過程中起到“滾珠軸承”作用,這有利于粉體中大小顆粒的在一定的位置上作相對運動,堆積性能提高;另一方面,在堆積過程中,小顆粒容易填補由大顆粒形成的空隙中,使粉體的堆積更為緊密。由此,當合理級配用于生產涂料產品時,其作為體質顏料,在涂料的制備過程和施工過程中,能形成較為合理和致密的堆積,涂料的性能亦能得到改進。除上述原因外,超細碳酸鈣顆粒具有空間位阻等效應,能使配方中的鈦白均勻分散,從而使鈦白增量,用其制備涂料后,能使涂料的貯存穩定性及其涂料的性能均符合要求。
因此,以超細重質碳酸鈣粉為體質顏料,可縮短涂料制備過程的研磨分散時間,降低能耗,且價廉,從而能降低涂料成本。
3結論
1)在一定實驗條件下,以高白度重質碳酸鈣粉為體質顏料的涂料其白度越高,白度提高2%~11%。
2)不同品種重質碳酸鈣粉為體質顏料的涂料的韌性相差不大。
3)以品質好、細度小的重質碳酸鈣粉為體質顏料的涂料其耐洗刷性好。
4)以粗、細粉搭配配制成的重質碳酸鈣粉為體質顏料的涂料,除其白度相差不大外,其黏度值較以單一重質碳酸鈣粉為體質顏料的涂料的降低11.01%一27.50%,遮蓋性能提高1.6%~19.0%,耐洗刷性提高0.5~3.0倍。
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