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硫酸鈣晶須在涂料中的應(yīng)用綜述

（荊門市磊鑫石膏制品有限公司 湖北荊門 448000）

摘 要:硫酸鈣晶須在涂料中的應(yīng)用才剛開始起步，本文主要介紹了硫酸鈣晶須及其制備原理，以及硫酸鈣晶須在涂料中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞:硫酸鈣晶須；涂料；油漆

Application and Summary of Calcium Sulfate Whisker in Coating

HUANG Ming-jie, ZHANG Xiao-ying, SHE Jing-li

(JingmenCityLeixin Gypsum Product Co.,Ltd., Jingmen448000,China)

Abstract: Application of calcium sulfate whisker in coating is just beginning. This paper mainly introduces calcium sulfate whisker and the principle of preparation, and application status of calcium sulfate whisker in coating.

Key words: calcium sulfate whisker; coating; paint

0引言

近年來(lái)，涂料行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)己步入白熱化階段，如何進(jìn)一步提高涂料性能、降低材料成本，成為涂料企業(yè)亟待解決的問題。硫酸鈣晶須性能優(yōu)異、價(jià)格低廉，具有極好的性價(jià)比，是一種市場(chǎng)前景廣闊的新型材料，雖然硫酸鈣晶須在其他行業(yè)的應(yīng)用己頗具規(guī)模，但在涂料油漆中的應(yīng)用研究才剛起步。

1硫酸鈣晶須簡(jiǎn)介

硫酸鈣晶須分為無(wú)水、半水、二水3種，其中無(wú)水硫酸鈣晶須強(qiáng)度最高。硫酸鈣晶須具有優(yōu)良的力學(xué)性能，良好的相容性，優(yōu)良的平滑性，再生性能好，毒性低，制造成本低，主要用于造紙、復(fù)合材料的增加組元、摩擦材料、環(huán)境工程過濾、瀝青改性，以及提高涂料和油漆的附著力、耐溫性及絕緣性。^[1]硫酸鈣晶須的具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1硫酸鈣晶須技術(shù)指標(biāo)

硫酸鈣晶須具有高強(qiáng)度、高模量、高韌性和高絕緣性，其耐磨耗、耐酸堿、抗化學(xué)腐蝕和紅外線反射性能好，并具有阻燃性優(yōu)良、易于表面處理、易與聚合物復(fù)合且相溶性好、分散均勻、微溶于水、pH接近中性等諸多優(yōu)良的理化性能，是一種無(wú)毒、環(huán)保的新型材料。

硫酸鈣晶須集增強(qiáng)纖維和超細(xì)無(wú)機(jī)填料于一體，既可作補(bǔ)強(qiáng)增韌劑或功能型填料，又可直接作為過濾材料、保溫材料、耐火隔熱材料、紅外線反射材料和包覆電線的高絕緣材料等，和其他無(wú)機(jī)晶須相比，硫酸鈣晶須是毒性最低、性價(jià)比極好的綠色環(huán)保材料。

2硫酸鈣晶須制備

2.1原料

目前硫酸鈣晶須的制備主要有兩類：一種是以天然石膏為原料制得硫酸鈣晶須，另一種是以工業(yè)廢渣為原料制取硫酸鈣晶須。其中以工業(yè)廢渣為原料制得硫酸鈣晶須的方法又有很多種，包括：以鹵渣為原料制取硫酸鈣晶須、以電石渣為原料制取硫酸鈣晶須、以氨水廢液及鹵水為原料制備硫酸鈣晶須、以檸檬酸渣為原料制備硫酸鈣晶須、利用磷石膏制備硫酸鈣晶須等5類。^[2]

2.2方法

以石膏為原材料，對(duì)其進(jìn)行深加工，是制備CaSO₄晶須的主要途徑^[3-4]。其方法主要有水壓熱法和常壓酸化法。其中水壓熱法是將質(zhì)量分?jǐn)?shù)<2%的二水石膏懸浮液加到水壓熱器中處理，在飽和蒸汽壓下，二水石膏變?yōu)榧?xì)小針狀的半水石膏，再經(jīng)晶形穩(wěn)定化處理，得到半水CaSO₄晶須，但是該方法生產(chǎn)成本高，應(yīng)用受到限制。常壓酸化法是指在一定溫度下，高濃度二水石膏懸浮液在酸性溶液中可以轉(zhuǎn)變成針狀或纖維狀半水CaSO₄晶須。

3在防水涂料中的應(yīng)用

硫酸鈣晶須能均勻地分散在油漆、涂料中，起著骨架作用而形成的復(fù)合體，其耐熱、絕緣、抗開裂、附著力、粘接強(qiáng)度等性能，均會(huì)顯著提高。

在聚氨酯防水涂料中一般要加入固體填料，固體填料可以在一定程度上提高涂膜的物理機(jī)械性能，同時(shí)添加固體填料硫酸鈣晶須可以降低成本[5]。

陳小衛(wèi)等[6]經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明發(fā)現(xiàn)：在反應(yīng)溫度為75℃、反應(yīng)時(shí)間為3.5h、組分中異氰酸酯基(NCO)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%～7.5%、以辛酸亞錫為催化劑、辛酸亞錫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的條件下，硫酸鈣晶須質(zhì)量分?jǐn)?shù)從5%逐漸增加到25%的過程中，涂膜的拉伸強(qiáng)度不斷增大，但是當(dāng)硫酸鈣晶須的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過30%時(shí)涂膜的拉伸強(qiáng)度急劇降低；涂膜斷裂伸長(zhǎng)率隨著硫酸鈣晶須用量的增大而變小。綜合考慮硫酸鈣晶須最適質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，此時(shí)涂膜的拉伸強(qiáng)度達(dá)7.2MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)500%，制得的聚氨酯防水涂料性能最優(yōu)異。

4在防火涂料中的應(yīng)用

防火涂料是指涂裝在物體表面，可防止火災(zāi)發(fā)生，阻止火勢(shì)蔓延傳播或隔離火源，延長(zhǎng)基材著火時(shí)間或增加絕熱性能以推遲結(jié)構(gòu)破壞時(shí)間的一類涂料。國(guó)外在19世紀(jì)70年代就有了用灰泥、石膏、硫酸鋁釩等與水調(diào)和的建筑防火涂料。

對(duì)于建筑火災(zāi)，火場(chǎng)溫度大多在800~1200℃，在火災(zāi)發(fā)生的10min內(nèi)，火場(chǎng)溫度即達(dá)到700℃以上，對(duì)于裸露鋼材，只要幾分鐘就可達(dá)到鋼材臨界溫度。911事件后，鋼結(jié)構(gòu)的防火問題更加引起各國(guó)政府的重視。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料有厚涂型和超薄型之分，其厚度分別為8~50mm，3~7mm和小于3mm，耐火時(shí)間為0.5~2.5h[7]。

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料常用的防火填料有云母粉、滑石粉、石棉粉、高嶺土、氧化鋅、氫氧化鋁、硼酸鋅、偏硼酸鋇、無(wú)機(jī)晶須等。對(duì)于防火涂料來(lái)說(shuō)，其含無(wú)機(jī)填料的比例要適中，因?yàn)楹窟^高，會(huì)影響涂層的發(fā)泡高度，從而達(dá)不到隔熱的目的，但少量的填料又不可或缺，因其可使泡沫層更致密，強(qiáng)度更好，從而提高其防火性能。

硫酸鈣晶須有良好的耐高溫性，熔點(diǎn)在1450℃，耐熱性測(cè)試在1800℃下加熱2小時(shí)僅失重0.75%，不會(huì)引起高溫滑移的完整性，溫度升高時(shí)，晶須不分解、不軟化，其強(qiáng)度幾乎沒有損失，使得硫酸鈣晶須在防火涂料中的應(yīng)用成為可能。

5在粉末涂料中的應(yīng)用

粉末涂料不含有機(jī)揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)或水，具有無(wú)污染、高無(wú)機(jī)成分及節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代傳統(tǒng)的溶劑型涂料，被廣泛應(yīng)用于家電、汽車、辦公用具、鋼材和建筑領(lǐng)域。隨著科技進(jìn)步及市場(chǎng)發(fā)展，粉末涂料的應(yīng)用越來(lái)越受關(guān)注[8-9]。晶須粉末涂料是通過硫酸鈣晶須代替鈦白粉、硅酸鈣等來(lái)改善粉末涂料的性能及降低成本，由于各種晶須的性質(zhì)不同，伴隨的改性效果也不一樣[10]。

溫紹國(guó)等^[11]將硫酸鈣晶須應(yīng)用到粉末聚酯涂料中，制備出了最高使用溫度達(dá)到350℃，附著力為0級(jí)，硬度、光澤度都較好的聚酯粉末涂料。

6在乳膠漆中的應(yīng)用

張熠等^[12]實(shí)證表明：純?nèi)槟z漆涂膜的附著力為6級(jí)，而加入0.5%的硫酸鈣晶須后，涂膜的附著力提高到4級(jí)，并且繼續(xù)增加硫酸鈣晶須含量至2.5%，對(duì)漆膜附著力也沒有影響。綜上所述：在乳膠漆中加入硫酸鈣晶須的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～2.5%時(shí)，能顯著提高漆膜的對(duì)比率、彈性和耐洗刷性能，并可以降低漆膜的光澤。

7在內(nèi)墻涂料中的應(yīng)用

沈陽(yáng)建筑大學(xué)，王博^[13]在一種建筑內(nèi)墻涂料的抗菌劑及其制備方法的發(fā)明專利中提到，這種建筑內(nèi)墻涂料的抗菌劑為人工生產(chǎn)的硫酸鈣晶須，硫酸鈣晶須在建筑內(nèi)墻涂料的加入量為現(xiàn)有建筑內(nèi)墻涂料總重量的2%~3%，其制備方法由以下步驟構(gòu)成：先將98%純度的工業(yè)硫酸鈣溶于水；然后將硫酸鈣溶液升溫至90℃，在加溫過程中不斷投入98%工業(yè)硫酸鈣，直到溶液飽和，停止加溫；在溶液降溫至85℃后，在溶液中投入純度為99.9%的分析純硫酸鈣晶體粉末作為晶核，然后以0.3℃/分鐘的速度對(duì)溶液緩慢降溫，溶液中即可生長(zhǎng)出長(zhǎng)度在1~3cm不等的硫酸鈣晶須，烘干后即可直接作為涂料抗菌劑使用。

8小 結(jié)

硫酸鈣晶須的制備工藝中，所用的原材料均價(jià)廉易得，有些甚至是變廢為寶，制備的硫酸鈣晶須性能優(yōu)異，作為一種新型的增強(qiáng)材料，具有高強(qiáng)、堅(jiān)韌、耐熱、耐磨、防腐、絕緣、導(dǎo)電、減振、阻燃等許多特殊的功能，具有極好的性價(jià)比，屬于高性能、高附加值的石膏系列產(chǎn)品，具有廣泛的應(yīng)用和市場(chǎng)前景，使其在特種涂料中的應(yīng)用有待于進(jìn)一步研究。

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此文章已成功發(fā)表在《現(xiàn)代涂料與涂裝》雜志2013年11月第11期，未以書面同意不得轉(zhuǎn)載，違者必究！

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