技术文摘

硫酸钙粉体填料在涂料中的应用

2018-12-26 来源:研发中心

  随着涂料工业的发展进步,涂料填料的功能越来越被人们所重视。一般来说,填料具2种功能:填充体系和增加体系遮盖率表现涂层色彩的功能。而大多数填料就只有填充体系的功能,这就在一定程度上限制了填料的应用。硫酸钙作为一种粉体填料,因其同时具有以上2种功能,正越来越受到人们的重视。
 
  一、硫酸钙简介
  硫酸钙俗称石膏,从形成方式来说有天然石膏和化学石膏2种;从化学结构来说分为二水硫酸钙(CaSO4· 2H2O)、无水硫酸钙(CaSO4)以及半水硫酸钙(CaSO4·1/2H2O)3种,这3类产品在涂料中都有应用。
 
  二、硫酸钙粉体填料在涂料中的应用
  硫酸钙粉体填料在涂料中的应用主要有以下几个方面。
  1、无水硫酸钙作为体质颜料应用于粉末涂料中
  体质颜料,通常又称为填料,它们包括许多化合物,从自然界得来、直接制造或作为副产品获得。这些物质主要是钡、钙、镁或铝的盐类,硅或铝的氧化物,或从前2类物质衍生的错合双盐类。体质颜料在涂料中有着广泛的应用。从20世纪20年代起,硫酸钙就作为体质颜料应用于涂料中。粉末涂料从20世纪中期开始发展到现在,无论是粉末涂料原料、粉末涂料本身、还是涂装工艺技术与设备均得到了发展。特别是体质颜料作为粉末涂料配方第二大主原料,被粉末技术工作者广泛接受和采用。无水硫酸钙的光折射率与基料非常接近,不溶于成膜物和溶剂,非常适合用作体质颜料。
  无水硫酸钙作为体质颜料主要具有以下优点: (1)分散性好;(2)无水硫酸钙的熔点高达1450℃,热稳定性好;(3)着色能力强;(4)硫酸钙为硫酸盐,比一般的无机填料具有更强的耐腐蚀性能;(5)具有优良的耐光 耐候性,不易褪色,抗粉化等物理性能优异;(6)吸油值适中(22~26),抗渗色性好。
在粉末涂料中加入一定量的无水硫酸钙粉体填料可增加涂层的硬度等机械性能,并能降低成本,是调整粉末涂料成本的有效途径。
  2、无水硫酸钙用于外墙涂料提高其保色性
  在实际应用中,对于深色漆用量较多的外墙涂料,针对保色性这一最薄弱环节,可以采用无水硫酸钙粉体提高保色性,降低基础涂料的消色力及配色成本;此外,较粗填料可以提高涂料的耐久力。因此若利用无水硫酸钙粉体填料的保色性并进行粒度的粗细搭配,有望得到保色性强并耐久的彩色涂料;这方面的工作目前正在进一步探索中[1]。
  3、无水硫酸钙用于内墙涂料
  对于深色漆用量少、装饰性要求较高、保色性要求不高的内墙涂料,也可以考虑在保持遮盖力不变的条件下使用粒度较细的无水硫酸钙粉体部分替代TiO2、 CaCO3、滑石粉等填料,以降低成本。
  4、无水硫酸钙用作白色粉体填料
  由于无水硫酸钙的高白度(能达到 98%)以及良好的不透明性等,它能部分取代二氧化钛用作涂料中的白色颜料。经美国USG石膏公司试验,无水硫酸钙替代20%的钛白粉时,其白度,L,a,b和不透明度值并没发生显著变化。实践证明,通过间接煅烧制备的超细无水硫酸钙填料在凭借其良好的着色性能,窄粒度分布,以及非磨料的特性,能使色彩制造商在不牺牲质量的前提下,减少制造成本。
  5、二水硫酸钙用作透明油漆、PE、PO透明底漆
  二水硫酸钙是一种非金属矿物, 透明度高,白度好,折射率1.54,相对密度2.3,吸油值22 ~ 25,无毒无味,耐酸耐腐蚀。填充料本身的折光率与透明油漆、PE、PO透明底漆基料的折光率非常接近,所以填料不影响成品的透明度;填充量大,有利于降低产品的制造成本。
采用优质天然矿石制得的二水硫酸钙粉体填料与传统的填充料对比,具有以下显著特性:
  (1)可增加面漆的硬度和韧度,提高面漆的抗刮伤能力,替代价格较高的玻璃粉;
  (2)可提高油漆的消光效果,可替代亚光粉,减少亚光粉添加量;
  (3)耐腐性好,应用在透明油漆、PE、PO透明底漆中,能提高产品的耐侯性;
  (4)透明度高、吸油量低,应用到透明油漆、PE、PO透明底漆中,产品的开罐感观好。
  6、半水硫酸钙用于粉刷涂料
  主要作为硫酸钙粉末涂料,由半水硫酸钙,羧甲基纤维素、糊精、滑石粉、碳酸钙及颜料混合组成,呈固体 粉末状,使用方便,配水调和即可涂刷,能广泛用于建筑墙体装饰等。
  
  三、硫酸钙与几种常见涂料填料的对比
  我国硫酸钙(石膏)矿的储量丰富,在世界各国储量的前列。其作为无机非金属矿的一种,同碳酸钙、滑 石粉、石英等一样也有广泛的应用。填料的大多数性质 都是由其本身的结构、组成等决定的。一般硫酸钙用作涂料填料以无水硫酸钙及二水硫酸钙居多,表1是无水硫酸钙与二水硫酸钙同几种常见涂料填料基本特性 的对比。

  四、作为涂料填料应满足的要求作为涂料填料应满足以下几点基本要求:
  1、分散性要好;
  2、颜色遮盖力和着色力要强;
  3、热稳定性好,至少需要耐温 160 ℃以上;
  4、优良的耐候性,不易褪色,抗粉化等性能优异;
  5、颜料吸油量适中,抗渗色性要好。
  经过表1的数据分析,无水硫酸钙与二水硫酸钙能够满足以上几点基本要求。

  五、选择硫酸钙填料应注意的问题
  由于硫酸钙产品级别较多,不是所有的硫酸钙产品都适合做涂料填料。在选择硫酸钙作为涂料填料时应注意以下几个问题。
  1、硫酸钙填料白度要高,可减少钛白粉的用量;
  2、硫酸钙填料杂质要少,考虑到粉末涂料的工艺特殊性,填料中杂质多将影响涂膜的表面装饰性(涂层表面颗粒多,流平差);
  3、粒度过于粗的硫酸钙填料不要选用,因其不易分散,对螺杆有磨损。但是也不能一味地追求细粒度,因为较粗的填料粒子能够提高涂料的耐久力;
  4、硫酸钙填料要松散,不能结块,含水量要低。
  我国有着非常丰富的硫酸钙矿产资源,但是硫酸钙的应用却没有得到足够的重视。如何提高石膏的资源化综合利用并提高经济附加值成为一个迫切的问题,这还需要很多人的共同努力。硫酸钙除了作为涂料填料以外,在橡胶、塑料等行业也有着广泛的应用,已经成为硫酸钙应用的一个主攻方向。(本文作者:李敏,张晓莹,转载请向原作者申请)

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