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碳酸鈣的生產(chǎn)是以天然方解石、石灰石、大理石、白堊等礦物為主要原料,采用物理加工方法和化學加工方法來制得碳酸鈣顆粒產(chǎn)品。無論是內(nèi)用或外用涂料中,這是一類最常用的填料,作用在于控制涂料的光澤、防霉、稠度和降低成本。碳酸鈣有天然和人工合成(沉淀法生產(chǎn))兩種類型,粒徑范圍極廣,0.05~44 μm都可適用。
1)重質(zhì)碳酸鈣
物理加工法是借助機械力將碳酸鈣含量高的天然方解石、白堊粉碎到一定細度,產(chǎn)品稱為重質(zhì)碳酸鈣(簡稱重鈣),也叫研磨天然碳酸鈣。重鈣又稱大白粉、雙飛粉、方解石等。不溶于水、易溶于酸、密度大、易沉淀。產(chǎn)品成本低,同時在乳膠體系中使用可以改善保色性,具有少部分干遮蓋力,易起白霜。
天然碳酸鈣用量很大,因其價格便宜,在有些用途中是相當合適的。粒徑較粗的品種只限制用于膩子、嵌縫漿、金屬用底漆和其它高顏料份、要求流動和粗糙面的制品中。粗粒徑碳酸鈣消光能力很低。中等粒徑品種主要用于內(nèi)用平光和半光涂料以及房屋用涂料。細粒徑品種大部份是通過沉淀法生產(chǎn)的,用于印刷油墨。通常是將兩種粒徑的碳酸鈣配合使用以獲得性能平衡。
天然碳酸鈣填料的原料有石灰石、大理石、英國碳酸鈣。大多數(shù)品種CaCO3含量為95%~99 %。有些品種是干磨后再經(jīng)浮選而制備的。較細的是用濕磨,隨后再通過沉淀或離心法分級。許多品牌之間的粒形、平均粒徑、粒徑分布和純度差別很大。
天然碳酸鈣填料也廣泛地應用于戶外房屋用涂料,可單獨應用,也可與滑石粉配用。與滑石粉相比,天然碳酸鈣能降低粉化速率,改進保色性,提高抗污染性能。上述用途提出了對粒徑的特定要求。細粒徑品種,尤其是稱為“微細”級品種,能使涂層產(chǎn)生裂紋傾向。經(jīng)過測試證明這類碳酸鈣填料粒徑應較大,介質(zhì)需求量較低,活性也應較低。這類填料也適用于戶外房屋用乳膠漆以提高保色性能。
碳酸鈣是堿性物質(zhì),在水基涂料中可起到緩沖劑作用,但不能與對堿敏感性彩色顏料一起共 用,如鐵藍和鉻綠;也不能用于可能遇有水溶性鐵鹽或銅鹽之場合。碳酸鈣不能用于酸性催化的三聚氰胺聚酯烘漆,因為會與催化劑發(fā)生中和反應。
2)輕質(zhì)碳酸鈣
化學加工法是對礦石進行煅燒、消化、碳化、分離、干燥、粉碎、篩分等過程處理,產(chǎn)品稱為輕質(zhì)碳酸鈣(簡稱輕鈣),也叫沉淀碳酸鈣其特點是密度小、顆粒細。在乳膠漆中可改善保色性、懸浮性好,具有少部分干遮蓋力,其缺點是易起白霜。
作為一種類型,沉淀或合成碳酸鈣填料的CaCO3含量為98%~99%,其粒徑小,粒徑分布狹窄,吸油量高,亮度高于天然產(chǎn)品。其中更好品牌的粒徑范圍為0.03~8μm,正屬于膠體范圍。有報道說,對于內(nèi)用乳膠漆和紙張涂層遮蓋力來看,其最佳粒徑約為0.2μm。沉淀碳酸鈣最適用于需要最高干遮蓋力的場合。有些品種經(jīng)過松香或脂肪酸表面處理,進一步改進了其濕潤和分散性能,用于有光涂料中也無明顯失光傾向。在有些配方中能降低表面孔隙的滲透性,因而提高了頭道涂層的封閉作用。
3)納米碳酸鈣
納米碳酸鈣材料是指顆粒尺寸大小在1~100nm之間的超細粉末碳酸鈣,包括超細碳酸鈣和超微細碳酸鈣。由于納米碳酸鈣粒子的超細化,其晶體結(jié)構和表面電子結(jié)構發(fā)生變化,使納米碳酸鈣具有特殊的量子尺寸效應、小尺寸效應和表面效應等,使其與常規(guī)材料相比在補強性、透明性、分散性、觸變性等方面存在明顯的優(yōu)勢,從而改變制品的使用性和外觀性,可以部分取代如白炭黑等昂貴的原材料,使產(chǎn)品成本下降,質(zhì)量大幅度提高。也就是說,碳酸鈣粒子的超細化,提高了碳酸鈣產(chǎn)品的附加值,進一步拓寬了其應用領域。
納米碳酸鈣在涂料中的應用研究表明,用納米碳酸鈣填充涂料可以提高涂料的柔韌性、硬度、流平性及光學性能。將其添加到膠乳中,能對涂料形成屏蔽作用,達到抗紫外線和防熱老化的作用,增加涂料的隔熱性。同時,納米碳酸鈣具有空間位阻效應,在制漆中,可以使配方中密度較大的立德粉懸浮,起防沉作用。制漆后,漆膜白度增加,光澤好,而且遮蓋力不降低。粒徑小于80nm的碳酸鈣可用于汽車底盤防石擊涂料及面漆。
4)碳酸鈣分類
碳酸鈣產(chǎn)品通常按平均粒徑分為微粒碳酸鈣(>5μm),微粉碳酸鈣(1~5μm),微細碳酸鈣(0.1~1μm),超細碳酸鈣(0.02~0.1μm)及超微細碳酸鈣(<0.02μm)用物理加工方法生產(chǎn)的重質(zhì)碳酸鈣的粒徑通常較粗,而用沉淀法則能生產(chǎn)0.1μm以下的納米碳酸鈣產(chǎn)品。