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    重钙、轻钙、纳米钙在涂料中的应用现状与发展趋势

    发布时间:2018-05-11  浏览:791次  字号:  

     重质碳酸钙
    1 概述
     
    重质碳酸钙( 俗称重钙) 是世界涂料工业的第一填料,我国目前涂料用重钙估计用量在40万t以上,其中建筑涂料、纸张涂料、粉末涂料是重钙消耗最多的领域。
     
    由于重钙应用的场所多数对细度要求不是很苛刻,所以目前市场上出现的重钙一般都未经过表面处理。但粉末涂料由于流动性差,一般应将超细重质碳酸钙进行表面改性,改性剂多采用一些偶联剂如钛酸酯等,或磷酸、表面活性剂、硫酸铝与六偏磷酸钠等,有时脂肪酸一并被考虑,近来出现一些使用高聚物作表面处理剂。
     
    通过改性,碳酸钙的用量可增加20%~50%,且光泽、流平性均增加。由于重质碳酸钙无毒,在要求无毒的粉末涂料中很有市场基础,如童车、玩具等。
     
    2 应用
     
    (1) 在建筑涂料领域,使用重钙的最主要目的是降低配方成本,特别是对于超微细重钙(12μm),它可以代替部分钛白颜料(一般认为,这时由于超微细化的重钙促进了钛白的分散) ,由于吸油值相对较低,较高的硬度、白度、遮盖力赋予涂料成膜后具有较好的硬度、耐磨性,而且当粉体粒径在1μm 左右时,重钙对光泽的影响相对较小,这时重钙可用于高光泽涂料,且易于流动而促进涂料加工,树脂的用量亦相对下降。
     
    重钙的填充率高,用于底漆和腻子,可以填充孔穴,使底漆与腻子的打磨性、面漆的光泽提高。而面漆中使用微细化重钙后,涂层的耐化学品性、明度、光泽、流平性、硬度、色泽稳定性(耐候性的影响)等均有改善。
     
    建筑涂料中使用的重钙由于大多考虑的是替代钛白颜料,因而硬度要求较高,一般应不低于95%,而微细化重钙应在97% 左右。对于外墙涂料,考虑到SiO2对涂层耐候性的影响不利,重钙中的SiO2含量应尽可能低(一般在5%以下)。
     
    (2) 在防腐蚀涂料中,重钙往往是与轻钙拼用的,重钙的存在只是辅助调整涂料的CPVC 值。由于容易引起沉底,而防沉剂的过多引入一般对耐水性都有一些影响。
     
    (3) 纸张涂料对重钙的要求较一般涂料要高一些。其对细度、白度的要求均较一般涂料要高,据报道在纸浆中使用重钙较轻钙具有更好的补强作用。
     
    由于重钙在酸性条件下不稳定,一般适于碱性造纸,而使用重钙时,纸张的白度、不透明性、适印性等均较含滑石粉的酸性纸明显提高。
     
    从目前情况看,碱性施胶造纸是造纸工业的发展趋势,因而重钙在纸浆涂料中的前景很好。作为纸张涂料级使用的重钙,粒径一般控制在2μm 以下。
     
    轻质碳酸钙
     
    轻质碳酸钙( 俗称轻钙) 是通过沉淀法人工合成得到的,质地较软,普通轻钙一般没有经过表面处理,易于吸水且吸油量高,成膜物树脂难于完全润湿,与硬质碳酸钙比较更难分散。
     
    相对于重钙而言,由于轻钙是人工合成的,晶型与组成易于控制,因而可赋予轻钙具备多种功能,相对较高的比表面使粉体在涂层中的补强效果明显优于重钙。
     
    普通的轻钙除部分用于建筑涂料、纸张涂料、粉末涂料外,主要用于防腐蚀涂料,超微细轻钙除作为填料外,还具备一定的耐水性、缓蚀性。每年仅用于各类防腐蚀涂料( 包括船舶涂料、集装箱涂料、车辆底漆、桥梁及钢结构防腐等)的轻钙估计在10万t以上。加上纸张涂料、建筑涂料等,每年用于涂料的轻钙在20万t左右。
     
    目前市场上销售的用于常规涂料的轻钙几乎都是未经表面处理的,而这些轻钙在涂料中皆易于沉底、结块。轻钙生产厂可以考虑对轻钙进行适当处理,处理剂的选择当然要慎重,绝大多数表面处理剂都可以改善轻钙在涂料中的分散性,但由于与成膜物树脂之间相互作用有别,只有那些处理剂与基料树脂之间存在较好的相容性,且处理剂本身力学性能、耐化学品性、耐热耐光等性能得到保证,处理剂才可以使用,很多文献上都介绍了一系列处理剂,但对性能的讨论不完整,其实都缺乏实用性。
     
    涂料用的原料并不是唯价格是从,在性能得到提高后,涂料厂家一般更看重的是性价比。就表面处理而言,纳米碳酸钙、重钙的处理情况类似。
     
    纳米碳酸钙
     
    将纳米材料应用于涂料中,由于成膜基料、颜填料及助剂等分子中存在着诸多的活性点,这些活性点可能会与纳米粒子表面的活性点发生强烈的相互作用,从而有可能形成致密而稳定的涂层,使涂膜的物理化学性能显著提高。
     
    碳酸钙是一种无毒、无刺激、无气味的白色软质填料,在涂料工业中,其易于与各类聚合物相溶,热稳定性好,是最常用的原料之一,在成膜物中起着骨架作用。
     
    近年来随着纳米技术的兴起,纳米碳酸钙作为廉价的纳米颗粒,将其应用于涂料中以期获得涂料性 能的改善一直是涂料界关注的热门话题之一,尤其是国内众多万吨级的纳米碳酸钙生产线的建成,更是迫切需要寻找包括涂料在内的一系列领域中获得应用,然而纳米碳酸钙直接应用于涂料中,存在以下缺陷:颗粒表面能高,处于热力学不稳定状态,极易团聚;碳酸钙表面亲水疏油,极性很高,在有机介质中难以分散,与基料的结合力差,易形成界面缺陷,导致涂膜性能下降。与普通轻钙、重钙相比,纳米碳酸钙的表面处理显得更为重要。
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