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超细方解石粉在内墙乳胶漆中的应用

2021-7-2 9:21:00      点击:
摘要:对比了用高岭土、方解石粉、轻钙等完全替代内墙乳胶漆中钛白粉的遮盖力效果,研究了用不同细度超细方解石粉完全替代与部分替代钛白粉后对涂膜遮盖力的影响。结果发现, 
GY-216超细方解石粉、轻钙、高岭土完全等量替代钛白粉时的遮盖力逐渐增强;当不使用任何钛白粉时,GY-516不分级的遮盖力最好;添加钛白粉时,选用1250目左右的方解石粉效果最佳。

  关键词:超细方解石粉;遮盖力;内墙乳胶漆
  0 前言
  遮盖力是指涂料遮盖或隐藏被涂装底材表面的能力,是乳胶漆的重要性能指标。乳胶漆具备良好的遮盖力可增强漆膜的外观效果,减少施工道数,缩短施工工期,降低额外的工作量和费用[1]。乳胶漆的遮盖力主要由颜填料来提供,应用最广泛的颜填料是钛白粉和碳酸钙。超细方解石粉是用机械方法直接粉碎天然的方解石等制得的碳酸钙,粒子主要呈圆榴状,主要作用是降低成本,增加漆膜的坚实性、提高漆膜的机械强度以及乳胶漆的某些物理和力学性能等[2]。

  为达到降低成本而又能保持漆膜的基本性能的目的,研究超细方解石粉在乳胶漆配方中所能提供的遮盖力效果非常重要,可为乳胶漆配方中重钙的最大添加量提供指导,还可为不同应用场合的乳胶漆选用不同目数大小的方解石粉提供依据。

  1 试验部分

  1.1 仪器设备与原材料

  高速分散搅拌机(顺德华能化工有限公司,U400/80-200);刮板细度计(天津市中环试验仪器厂,0-100um);反射率测定仪(上海普申化工机械有限公司,JFB-1);100μm涂布器(上海现代环境工程技术有限公司);斯托默旋转粘度计(上海精纯仪器设备有限公司)

  丙二醇(国药化学试剂厂);分散剂Orotan 
1124(罗门哈斯);润湿剂CF-10(DOW);消泡剂334(海川化工);杀菌防腐剂(广州冠志化工);羟乙基纤维素(韩国三星);成膜助剂Texanol酯醇(伊斯曼化工);苯丙乳液RS-998A(巴德富);AMP-95(广州冠志化工);增稠剂(海川化工);水;煅烧高岭土(河南);钛白粉(江西添光);超细方解石粉(连州市广源化工);轻钙(市售);滑石粉(广西桂花);硅酸铝(山西);

  1.2 基础配方

  表1 内墙乳胶漆试验用基础配方

  1.3 制备方法

  将基础配方中组分1至组分7依次加入,转速700rmp以上,搅拌10~20min后边搅拌边添加组分8至组分11,再在1600~1700rmp转速下高速分散至细度40μm,加入组分12至组分14,控制转速600rmp以下,充分搅拌10~20min后添加组分15,用组分16调节粘度至100KU。

  1.4 测试方法

  将所制备的涂料进行状态调节,放置一昼夜后用100μm线棒涂布器在黑白卡纸上制膜,按GB/T 
9756-2009《合成树脂乳液内墙涂料》要求测定对比率,放置24h后分别测黑白卡纸上各5个点的反射率值,分别计算黑白卡纸上的平均反射率值RB、RW,两者之间的比值就是其对比率RB/w。[page]

  2 结果与讨论

  2.1 不同类型填料完全替代钛白粉的遮盖力效果

  分别用高岭土、GY-216超细方解石粉、轻钙等填料完全替代内墙乳胶漆配方中的钛白粉后所得到的干膜遮盖力结果见表2。

  表2 内墙乳胶漆用填料完全替代钛白粉的遮盖力

  由表2可知,不添加任何颜料填料时涂膜的对比率仅为0.02;可认为无任何遮盖力,不添加钛白粉及任何替代填料时的涂膜遮盖力也非常低,对比率仅仅0.12;而组分8分别用高岭土、GY-216、轻钙等填料时,涂膜遮盖力得到显著提高,对比率可达0.54~0.78;若组分8全部用钛白粉则涂膜对比率可达0.99,遮盖力最好。由此可知,用填料完全等量替代钛白粉时,提供遮盖力能力依次为GY-216、轻钙、高岭土;要达到GB/T 
9756-2009《合成树脂乳液内墙涂料》合格品的对比率为0.90的指标要求[3],完全用填料替代钛白粉不合适,但是填料能够提供一部分的遮盖力,在涂料配方中可以考虑填料用量最大化以充分利用其遮盖力。

  以上实验结果与颜填料的折射率、吸收光线能力、结晶度以及分散度等几个因素有关。折射率愈大,遮盖力愈强;吸收光线能力愈大,遮盖力愈强;晶形的遮盖力较强,无定形的遮盖力较弱;分散度愈大,遮盖力愈强。

  白色颜、填料在可见光的全范围内,几乎能等强度反射所有波长的可见光,因而吸收能很少,散射能很大,相应折射率较高[4]。锐钛型钛白粉是四方晶系结构,结晶度最好,折射率达2.55,在实验的五种粉体中最高,因而其相应的涂膜对比率高。高岭土、碳酸钙的折射率分别为1.62和1.58,因而高岭土相应的涂膜对比率高于碳酸钙相应的涂膜对比率,且都明显不如钛白粉相应的涂膜对比率。轻钙因为用化学加工方法制得,其颗粒均匀且形状规则,杂质少,因而其吸收光线相对更少,因而其遮盖力会相对稍好。

  2.2 不同细度超细方解石粉对内墙乳胶漆遮盖力的影响

  综合考虑吸油量和成本因素,选用最为廉价的超细方解石粉进一步按表1配方实验。在不使用任何钛白粉的情况下,对比测试了不同目数的超细方解石粉(规格指标见表3)作为主要填料等量应用在涂料中的涂膜对比率,结果见图1所示。

  图1 不同细度的等量超细方解石粉(不分级)应用在涂料中的涂膜对比率

  [page]由图1可知,当不使用任何钛白粉时,应用在涂料中的方解石粉粒径由600目逐步变大,相应的涂膜对比率增大,尤其是在800目到1500目后变化明显,发生突跃,至1500目后达到最大;之后重钙粒径进一步增加其相应涂膜的对比率反而逐渐下降,2500目重钙的相应涂膜对比率与1250目的相当。由此可知,若单独应用方解石粉作为乳胶漆中粉料,则其存在一个最佳粒径,即1500目,此时遮盖力最好。
  表3 不同规格的重钙指标

  以上实验结果与所使用重钙的粒度与粒度分布有关[5]。从表3中不同规格的重钙指标可知, GY-116的D50为5.44μm,中位粒径均较大,D 
97为15.24μm,与D50相差很大,表明其粒径分布较宽,因而相应的涂膜对比率较低; 
GY-316和GY-516的粒径变小,分布宽度变窄,此时,这部分粒径小的颗粒可以均匀填充到稍大一点的的颗粒空隙中,形成良好的堆积效果;GY-616由于颗粒普遍较小,堆积效果不明显,导致对比率反而较低。进一步分别采用GY-116(相当于600目)、GY-516(相当于1500目)的分级与不分级两种规格的重钙按表1配方进行实验,结果见表4。

  表4 分级与不分级两种规格的重钙对漆膜遮盖力的影响

  由表4可知,GY-116不分级的遮盖力强于GY-116分级的遮盖力。与表3对比可发现,虽然GY-116相当于600目的碳酸钙,但GY-116不分级的遮盖力高于CC-600的遮盖力,GY-116分级的遮盖力低于CC-600的遮盖力。这可从D50与D97的数据找到原因,如,GY-116不分级的D50与CC-600的相当,但是D97降低,因而遮盖力高于CC-600。GY-116分级的粒径比CC-600的大,且其中位粒径明显高于GY-116不分级的中位粒径,因而其遮盖力降低。同理,GY-516(相当于1500目的碳酸钙)也存在相似的规律,即GY-516不分级的遮盖力强于GY-516分级的遮盖力;GY-516不分级的遮盖力高于CC-1500的遮盖力;GY-516分级的遮盖力低于CC-1500的遮盖力。

  实验还发现,GY-516不分级应用在乳胶漆的遮盖力达到0.67,遮盖力最佳。对比其D50与D97数据发现,两者的D50在3.70μm 
~3.87μm,D97在8.4μm 8~8.49μm,非常接近,具有较好的重复性。

  2.3 不同细度超细方解石粉替代部分钛白粉后对涂膜遮盖力的影响

  在实际的乳胶漆配方中,为满足遮盖力要求,必须要加入一定量的钛白粉。在表1所示配方中,将占组分8的质量分数的22%的钛白粉与78%的不同目数的超细方解石粉混合作为粉料制得乳胶漆,涂膜对比率测定结果见图2。

  图2 不同细度方解石粉中添加22%的钛白粉后的涂膜的对比率

  由图可见,添加少量的钛白粉后,涂膜的对比率显著提高;钛白粉的添加量相同时,与单独用碳酸钙代替组分8的实验结果不同,涂膜的对比率随方解石粉的目数增加而逐渐变大,方解石粉最佳粒径为1250目,此时对比率可达0.91,超过1250目后遮盖力又略有下降。以上实验结果可用方解石粉颗粒作为钛白粉颗粒空隙间的填充作用进行解释。此时,主要是方解石粒子填充到钛白粉粒子之间;钛白粉的颗粒较小,因而相应的填充颗粒也要求更小的粒径;方解石粒径越小,填充作用越强,能够起到良好的位隔效应,将每一个粒子钛白粉分散开来,充分利用每一个钛白粉粒子的遮盖力。可以说,粒径小的方解石粒子能起到良好的遮盖力增强作用。因此,乳胶漆在实际调配时,选用1250目左右的碳酸钙与一定量的钛白粉搭配就可得到良好的涂膜遮盖力。

  在此实验基础上,进一步将钛白粉的添加量从22%提高至40%,结果发现涂膜的对比率由0.90迅速提升至0.99,超过了优等品的对比率0.95以上的要求,表明乳胶漆配方中添加方解石粉可获得极佳的涂膜遮盖力,同时可大幅度降低成本。
  3 结语
  用填料完全等量替代钛白粉时,提供遮盖力能力依次为GY-216方解石粉、轻钙、高岭土,但完全用填料替代钛白粉不合适,达不到成品实际要求,但是填料能够提供一部分的遮盖力,在涂料配方中可以考虑填料用量最大化以充分利用其遮盖力。

  当不使用任何钛白粉时,单独应用GY系列超细方解石粉作为乳胶漆中填料,GY-516的遮盖力最好。相当目数的重钙相应的遮盖力大小依次为GY不分级的遮盖力>相当目数的 
GY分级。其中, 
GY-516不分级应用在乳胶漆的遮盖力较好。乳胶漆在实际调配时,选用1250目左右的方解石粉与一定量的钛白粉搭配就可得到良好的涂膜遮盖力。

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