不同品种重质碳酸钙粉在外墙涂料中的应用

不同品种重质碳酸钙粉在外墙涂料中的应用

吴成宝1.2,盖国胜1.2,任晓玲3,杨玉芬1,2,赵夫涛2
(1.清华大学材料科学与工程系,北京100084;2.浙江清华长三角研究院长兴粉体及新材料工程中心,浙江长兴313100;3.中国矿业大学化工学院,江苏徐州221116)

重质碳酸钙因其来源广泛、价格低廉,因此广泛用作橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、医药、食品、日化等行业的填料,以节约母料、增容增重、降低成本。重质碳酸钙用于涂料中作为填颜料使用时,不仅可以大幅度降低涂料的成本,且能影响涂料的许多性能,如改善涂料的机械强度、提高涂膜的耐水性等,而被广泛应用为涂料的体质颜料。也正是可以作为优质价廉的功能性填料,所以在民用与工业涂料中,重质碳酸钙一直是涂料组成中最主要的基础物质之一。我国目前涂料用碳酸钙的用量约45万t,随着水性涂料产量的增大,今后重质碳酸钙的用量会进一步提高。重质碳酸钙的填充率高,用于腻子和底漆可以起到填充空穴的作用,提高了腻子和底漆的打磨性,面漆的光泽也得以提高。经超细化加工后,重质碳酸钙能改善耐化学品性、明度、光泽、流平性、色泽稳定性等性能。在建筑材料领域,粒径小于12um重质碳酸钙粉能够促进钛白在涂料中的分散性能,因而使得钛白粉的添加量减少。且由于其比表面积大,吸油值相对较低,硬度、白度、遮盖力好,使得涂料成膜后具有较好的硬度。在以往的研究中,人们一般重视如何提高涂料的性能,有关不同品种重质碳酸钙在涂料中的应用性能的对比方面,还未见报道。本文中将选用3种不同的矿种,制备出不同细度的重质碳酸钙粉体,将其应用于外墙涂料中,并考察其主要性能,旨在探讨不同细度重质碳酸钙粉体作为外墙涂料的主要体质颜料时对涂料性能的影响。

1 实验
1.1原料与试剂
3种方解石矿来自浙江不同矿种,分别为A、B、C矿。其中以A矿的品质最好,CaCO,质量分数超过99.0%,白度大于96%,Fe、Pb、Hg、Cd等元素含量极低;B矿中CaC03质量分数超过95%,白度大于92%;C矿中CaCO,质量分数超过98%,白度大于95%,B、C矿中Fe、Pb、Hg、Cd等元素高于A矿。多功能助剂、润湿剂、消泡剂、杀菌剂、苯丙树脂等助剂由中兴行国际商
贸公司提供,乙二醇由浙江大方化学试剂厂生产。
1.2重质碳酸钙样品制备
不同粒度重质碳酸钙粉体的制备,其工艺如图1所示。

按照图1的工艺,将A、B、C矿分别粉碎成18 um细粉,样品分别记为A、B、C;再将A矿细粉分别超细磨至2.6、1.6斗m,样品分别记为D、E。按照一定的比例将样品A与样品D、E混合,制成样品F、G、H、.I,共4个样品,将样品A与样品C、D按照一定比例混合制成样品J、K。

1.3涂料的制备
为检测不同重质碳酸钙粉在涂料中的应用特性,设置了以重质碳酸钙粉为主要体质颜料的外墙涂料基本配方,如表1。

按照上述制备工艺,按照先后顺序将一定量的水、丙二醇、分散剂、多功能助剂、润湿剂、消泡剂、杀菌剂在适当的搅拌速度条件下搅拌均匀,再缓缓加入钛白粉和重质碳酸钙细粉,待体质颜料加完后,先在1600 r/min的转速条件下搅拌5 min,然后调整转速为3 200 r/min,再搅拌8 min;降低搅拌速率,加入苯丙乳液、成膜助剂、消泡剂、增稠剂和流平剂,在420 r/min的转速条件下搅拌1-2 min,过滤,记得涂料样品,储存备用。
1.4检测方法
以重质碳酸钙为体质颜料的外墙涂料由上海现代环境工程技术有限公司生产的SFJ-400D砂磨、分散、搅拌多用机制备;其湿膜厚度、黏度、耐洗刷性、遮盖性分别由上海现代环境工程技术有限公司生产的湿膜测厚仪、sTM—IVB型斯托墨黏度计、JTX-JI型建筑涂料耐洗刷仪、C84一II型反射率仪,涂料的白度由北京光学仪器厂生产的WSC型测色色差计按照相关标准测定。

2 结果与讨论
3个矿种重质碳酸钙细粉在外墙涂料中的应用情况如表2所示。由表可知:以白度高、CaCO,含量高的A粉为体质颜料制备的涂料,其遮盖性能、白度也相对较高,遮盖性能分别是B粉、C粉的1.03、1.11倍,白度均为B粉、C粉的1.01倍。将A矿超细粉磨成不同细度的重质碳酸钙粉体,并将其作为主要体质颜料制备了外墙涂料,涂料主要性能如表3所示。由表可以看出:以用A矿制备不同细度的霞质碳酸钙粉,A、D、E为体质填料的外墙涂料,其黏度值随着细度的增加而降低,遮盖性能的差别不大,涂料自度值相差亦较小;其中耐洗刷性能最好的是E样品(细度为1.6斗m)为体质颜料的涂料,较A、D样品的提高27.27%。在一定配方条件下,研究了不同级配重质碳酸钙粉作为体质颜料时,涂料性能的差异,具体研究结果,如表4所示。

可以看出:在一定的配方条件下,除涂料的白度变化较小外,以粗、细粉按照一定的比例制备重质碳酸钙样品为体质颜料制备的涂料的斯托墨黏度Krebs单位(KU)值较以重质碳酸钙粗粉为体质颜料制备的要小,施工性变好;粗、细粉的粒径相差越大,其黏度越小,实用性越好,细粉的含量越高,其黏度值也相应降低,施工性好。如以C、F、G样品为体质颜料的涂料样品中,F样品的黏度值较C样品的降低11.01%,G样品的黏度值较C样品的降低21.63%,提高细粉含量后,其黏度值进一步降低,分别降低27.42%、27.50%(如H、I样品数据);经过适当配置后,涂料的遮盖性能也得以提高,最低能提高1.59%(G样品与C样品相比),最高提高可达19.05%(I样品与C样品相比);其耐洗刷性也得以提高,一般在1.4—4.0倍之间。粉体工程学理论认为:适当的粒度分布有利于粉体的紧密堆积,原因是在一定的条件下,小颗粒在粉体的堆积过程中起到“滚珠轴承”作用闱,这有利于粉体中大小颗粒的在一定的位置上作相对运动,堆积性能提高;另一方面,在堆积过程中,小颗粒容易填补由大颗粒形成的空隙中,使粉体的堆积更为紧密。由此,当合理级配用于生产涂料产品时,其作为体质颜料,在涂料的制备过程和施工过程中,能形成较为合理和致密的堆积,涂料的性能亦能得到改进。除上述原因外,超细碳酸钙颗粒具有空间位阻等效应,能使配方中的钛白均匀分散,从而使钛白增量,用其制备涂料后,能使涂料的贮存稳定性及其涂料的性能均符合要求。因此,以超细重质碳酸钙粉为体质颜料,可缩短涂料制备过程的研磨分散时间,降低能耗,且价廉,从而能降低涂料成本。

3结论
1)在一定实验条件下,以高白度重质碳酸钙粉为体质颜料的涂料其白度越高,白度提高2%~11%。
2)不同品种重质碳酸钙粉为体质颜料的涂料的韧性相差不大。
3)以品质好、细度小的重质碳酸钙粉为体质颜料的涂料其耐洗刷性好。
4)以粗、细粉搭配配制成的重质碳酸钙粉为体质颜料的涂料,除其白度相差不大外,其黏度值较以单一重质碳酸钙粉为体质颜料的涂料的降低11.01%一27.50%,遮盖性能提高1.6%~19.0%,耐洗刷性提高0.5~3.0倍。

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