高嶺土是一種以高嶺石族礦物為主要成分、質地純凈的細粒黏土,其色白、價廉、流動性良好、化學性質穩定、表面陽離子交換量大,因此是涂料行業重要的功能型添加料,甚至可替代20-30%左右的鈦白粉。
1、涂料行業對高嶺土的質量指標要求
涂料對高嶺土的質量指標要求主要體現在白度、粒度、遮蓋力、分散性、325目篩余物、吸油值、沉積體積、pH值、耐候性等方面,下面就以煅燒高嶺土為例,進行詳細說明。
(1)白度
白度是煅燒高嶺上的首要指標,越高越好。色漆也是以白色漆為基漆加色母調制而成的。白度至少應大于90%,有的廠家甚至要求要大于93%。
白度穩定非常重要,如果波動太大會影響到涂料的光學性能,造成同一配方下不同批次產品出現色差。
(2)粒度
粒度其實是一個表象的指標,涂料生產廠很少直接去檢測粒度。但因為煅燒高嶺土的其他指標都與粒度有直接關系,如果粒度不夠細,或不合格,都會通過其他指標體現出來。對于煅燒高嶺土生產廠,成品的檢驗指標應為-2μm在80%左右。當然,不同原料生產的產品性能會有不同,如果其他指標合格的話,粒度的要求還可以降低。
粒度主要受原礦易磨性和煅燒溫度影響。易磨性受原礦品質決定,主要影響生料階段的粒度,煅燒溫度主要影響窯后打散的粒度。
涂料用煅燒高嶺土應用中溫煅燒(1000~1200℃),選擇最佳煅燒溫度則是在非晶相剛剛轉變為硅鋁尖晶石相,此時產生多孔膨體結構,造成孔隙發育,產品的磨耗值相對較低。
▼GB/T14563-2008高嶺土及其試驗方法
(3)遮蓋力
遮蓋力是涂料對煅燒高嶺土最看重的一項指標。粉料越細,在涂料中形成的界面越多,對光線的折射、反射越強,特別是在粒徑等于可見光的波長時,具有最強的散射作用,能產生最大的遮蓋力,當小于此值時,遮蓋力會因光線的衍射作用而變小。
對于太細的高嶺土,在涂料中能否充分分散也是影響其遮蓋力的一個重要因素。煅燒雖使高嶺土在水性涂料中的遮蓋力有所提高,但不顯著,有些情況下容易發生燒結而形成粗大顆粒,反而使遮蓋力下降,嚴重時根本不能用于涂料。
另一個問題是1000℃以下煅燒有時會產生淺紅色相,這對白色顏料是很不利的。采用1050℃煅燒并進行超細粉碎遮蓋力較好。
(4)分散性
國內涂料行業所說的分散性,與國外所說的海氏細度概念是相同的。雖然煅燒高嶺土經過了超細粉碎,平均粒徑能達到1μm或者更低,但在涂料里,在高粘度的母液里面,顆粒間不是單獨的而是相互團合在一起。煅燒高嶺土在涂料體系里能分散開來的這種能力叫做分散性。
煅燒高嶺土的分散性較好,如果磨礦等級達到了最終要求,在涂料體系內就能夠分散開。一般煅燒高嶺土的分散性與磨礦的最終效果有關,如果在超細加工過程中含有45μm或更大的顆粒,那么在涂料體系里無論如何也分散不開。對該項指標的要求是小于45μm,且越小越好。如鈦白粉的分散性可達到25μm,對應于磨礦等級應選4級以上。
(5)325目篩余物
325目篩余物是重要指標,涂料對該指標的要求是<0.02%,且越小越好。325目篩余物也主要與磨礦的最終效果有關,要求超細加工過程中不能有45μm或更大的顆粒。還有一個影響因素就是雜質,混入雜質對325目篩余含量影響最明顯。
▼巴斯夫Satintone系列煅燒高嶺土類型及應用領域
▼巴斯夫Satintone系列煅燒高嶺土性能指標
(6)吸油值
涂料要求煅燒高嶺土的吸油值為50g/100g~60g/100g為適中,吸油量過高,則用相同配方制成的涂料粘度大,要想降低粘度就必須增加漆基的量,增大了成本;吸油值過低,則制成的涂料容易沉降,開罐性能不好。
高嶺土的吸油值和粒徑分布、孔隙度,比表面積有很大關系,也和粒子的晶型有關。粒子粒徑較小時,比表面積較大,吸油值也越高。
(7)沉降體積
沉降體積反映了煅燒高嶺土在涂料中的沉降性能,直接影響到涂料的開罐性能。該項指標應越高越好,越高則顏料越不容易沉降,就會在涂料中保持良好的均勻性。
提高粒度或者提高疏水性都可以提高沉降體積,這兩方面都可以在生產中實現,其中疏水性需要對高嶺土進行表面改性。
(8)pH值
pH值反映了煅燒高嶺土的酸堿性,涂料要求其pH值應在6~8之間,基本上接近于中性。煅燒高嶺土本身PH呈中性,因此在涂料行業不需要對PH進行改性。
(9)耐候性
顏料制成油漆并經涂抹后,漆膜經日曬雨淋,會黃變、失光和粉化。顏料能抗拒發生上述變化的能力叫耐候性。煅燒高嶺土對光的化學活性不強烈所以有良好的耐候性能。
(10)其他指標
涂料對煅燒高嶺土的其他指標要求,還有耐酸堿性,混合性能,濕潤性能,密度等,這些是所有煅燒高嶺土的共性,有些不是數字化的指標。
值得關注的是,不論高嶺土的哪一項指標,指標穩定是最重要的,如果波動太大,就會給涂料用戶帶來不好的影響。例如吸油值波動太大,就會影響涂料的粘度,影響到涂料的整體性能。所以,煅燒高嶺土生產廠商應針對不同的應用情況推出不同牌號的產品,力求生產穩定,才能吸引客戶。
2、涂料用高嶺土市場前景
當前,我國高嶺土需求量穩步增長,且是高嶺土出口大國,但高品質精加工高嶺土市場占有率仍然非常低,尤其是品質優良的高端高嶺土加工產品遠不能滿足市場消費需求。如隱身涂料、耐超高溫涂料、航空航天涂料等仍與國際先進水平差距較大,當前主要依賴進口。
據Markets and Markets報告顯示:2016年全球高嶺土市場規模約為43.6億美元,預計到2022年將達到55.2億美元,預測期內復合年增長率為4.1%。涂料行業尤其是高端涂料,將逐步取代耐火材料,成為除陶瓷及造紙行業外的第三大高嶺土消費行業,到2020年,涂料行業高嶺土消費比重將達到10%左右。
目前,國內生產的高嶺土產品較為粗糙,高嶺土生產企業需不斷自我升級,加強對高端產品(如納米高嶺土、超細高嶺土)的技術研發,培養深加工技術(提純、超細、改性、復合)人才,并與涂料用戶保持密切聯系,以滿足不斷提高的涂料市場需求。
2018年第四期礦物精細加工與應用技術高級研修班
培訓大綱:
1、非金屬礦粉體精細加工技術要點分析
2、非金屬礦粉體表面改性技術要點與應用解決方案
3、非金屬礦粉體在涂料中的應用技術解決方案
4、非金屬礦粉體如何打開涂料行業市場解決方案
5、2018涂料狼群工程師技術沙龍
6、聯誼晚宴
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部分資料來源:涂料用煅燒高嶺土性能指標及測試方法,作者:畢仲平;Markets and Markets;
編輯整理:粉體技術網
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