不同重质碳酸钙在聚酯粉末涂料中的应用对比研究

徐永华1,邹勇1,傅俊祥1,2,何佳康2
(1.江西广源化工有限责任公司,江西吉安331500;2. 江西理工大学冶金与化学工程学院,江西赣州341000)

摘要:研究了白云石、小方解石及大方解石 3 种不同原矿所生产的同类重质碳酸钙产品在聚酯粉末涂料中的应用情况。 结果显示,以白云石为原矿生产的重质碳酸钙,其加工性、漆膜光泽度、漆膜白度和对比率等性能均显著优于同规格的小方解石和大方解石产品。

0 引言
粉末涂料是一种新型的不含溶剂100%固体粉末状涂料。具有无溶剂、无污染、可回收、环保、节省能源和资源、减轻劳动强度和涂膜机械强度高等特点。随着人们的环保意识不断增强,粉末涂料备受关注。作为粉末涂料的重要组成部分,填料的性质也开始引起了人们的重视。
一般来说填料应该具备以下性质:(1) 不溶于水和有机溶剂,有很好的分散性,无色或白色,不含各种杂质的超细粉粒;(2) 耐酸、耐碱、耐候性好;(3) 成本低,但不降低涂膜各项性能。碳酸钙是涂料中应用最广泛的体质颜料,具有价廉易得,产品化学性质稳定等一系列优点。随着欧盟将硫酸钡归入重金属检测范畴,出口粉末涂料中硫酸钡的使用将会受到极大地限制。而重质碳酸钙经过超细化后具有的一定功能性,因此成为替代粉末涂料中硫酸钡的不二选择。
本文选取不同原矿所生产的同类重质碳酸钙产品通过在聚酯粉末涂料中应用情况进行比较,详细研究了重质碳酸钙原矿矿种对聚酯粉末涂料涂膜的光泽度、白度、对比率、铅笔硬度、附着力等性质的影响。
1 实验部分
1.1 实验原料

聚酯树脂(安徽神剑)、TGIC(牛塘化工)、钛白粉R\-902(杜邦)、重钙(广源化工)、填料、流平剂GLP-558(宁波南海)、光亮剂GLP-701(宁波南海)、安息香(宁波南海)。
1.2 主要仪器及设备
扫描电镜:ΣIGMA 型,蔡司场发射扫描电镜;粒度分析仪:3 000E 型,马尔文仪器有限公司;反射率测定仪:C84-III 型,上海现代;光泽度仪:CZ-II 型,天津世博;涂膜铅笔划痕硬度仪,天津中环;白度仪:WSB-X,杭州大成;漆膜划格仪:QFH,天津中环。
1.3 实验配方
实验基础配方,见表1。
1-1.png

1.4 实验工艺
高混10 min———熔融挤出(一区温度100 ℃,二区温度135 ℃, 熔体温度125 ℃)———行星磨粉碎15min———静电喷涂———200 ℃下30 min 烘烤。
1.5 性能测试
吸油值按GB/T 5211.15—1988 进行; 光泽按GB/T 9754—2007 进行; 白度按GB/T 1729—1979 进行;对比率按GB/T 1726—1979 进行; 铅笔硬度按GB/T6379—2006 进行;附着力按GB/T 9286—1998 进行。
2 结果与分析
2.1 填料的物理性能

按HG/T3249.2—2008 标准测试了来自于不同原矿的7 种重质碳酸钙的基本物理性能指标,测试结果见表2。
1-2.png

由表2 可以看出, 填料的吸油量随着粉体细度的增加而逐渐增加。同时,原矿的品种对吸油量有一定的影响:同为800 目的产品,白云石产品的吸油量明显低于大方解石和小方解石。粉体的白度与填料的细度和原矿的种类有一定关系,一般情况下,原矿相同的情况下,填料的白度随着细度的增加呈现一定程度的提升,表中3 000 目和6 000 目的白度较低的原因可能是因为其为湿法产品,在烘干时采用烧煤的热蒸汽烘干,对粉体的白度会有一定的程度的降低, 同规格大方解石和小方解石产品的白度明显高于白云石产品。
将上述7 种填料按照表1 中的配方进行实验,通过观察产品的加工性能及测定漆膜的光泽、白度、对比率、铅笔硬度、附着力等指标进行比较,以此判定不同重质碳酸钙在其中的应用效果,具体结果如下:从生产过程来看, 在其他参数不变的情况下,同为800 目的白云石的下料速度比大方解石和小方解石的速度快,主要是由于方解石本身比较蓬松,假比重小,不利于下料。因此,从加工性来看,白云石系列优于大、小方解石系列。最终制得的聚酯粉末涂料的漆膜各项性能指标见表3。
1-3.png

由表3 可以看出,重质碳酸钙原矿的种类和细度对漆膜硬度和附着力没有影响,漆膜硬度都为2H,附着力评级都是0 级。
2.2 填料对漆膜性能的影响
2.2.1 白云石细度对漆膜白度的影响

白云石原矿生产的不同细度重质碳酸钙与漆膜白度的关系如图1 所示。
1-4.png

由图1 可以看出,在原矿相同的情况下,漆膜的白度与填料本身的白度呈现很好的正相关性,而与填料的细度无直接关系。
2.2.2 白云石细度对漆膜对比率的影响
不同目数的白云石对漆膜对比率的影响如图2所示。
1-5.png

由 图2 可以看出,在原矿相同的情况下,漆膜的对比率随着碳酸钙细度的增加整体上呈现一种先上升后下降的趋势,在1 250~1 500 目区间达到最佳遮盖效果。
2.2.3 白云石细度对漆膜光泽的影响
不同目数白云石对漆膜光泽的影响如图3 所际。
1-6.png

图3 可以看出,原矿相同的情况下,碳酸钙的细度对于漆膜的光泽起正面作用,在一定程度上,填料越细,漆膜的光泽越高。
2.2.4 矿种对漆膜白度的影响
不同原矿重质碳酸钙对漆膜白度的影响如图4所示。
1-7.png

由 表2 可以看出,大方解和小方解的白度明显高于白云石,但是图4 显示,白云石的漆膜白度却是三者中最高,且同为方解石产品,小方解石白度比大方解石高1.2°,而漆膜白度却比其低了近3°。这说明,当原矿不同时, 漆膜的白度与填料的白度无直接关系,或者说不能从填料的白度直接预测漆膜的白度。
2.2.5 矿种对漆膜对比率的影响
不同原矿重质碳酸钙对漆膜对比率的影响,如图5 所示。
1-8.png

由图5 可以看出,在细度相同的情况下,在三种不同原矿的碳酸钙品种中,白云石的对比率最好,其次是大方解石,小方解石的对比率最差。
2.2.6 矿种对漆膜光泽度的影响
不同原矿重质碳酸钙对漆膜光泽度的影响如图6所示。
1-9.png

由 图6 可以看出,细度相同的情况下,不同原矿重质碳酸钙对漆膜的光泽度有较大影响。其中白云石产品光泽度最好,大方解石和小方解石光泽度相当,这可能是因为方解石的吸油量较白云石高的原因造成。
3 结语
综合上述实验结果可以得出,以白云石为原矿生产的重质碳酸钙, 将其应用于聚酯粉末涂料中时,加工流动较好,漆膜光泽、对比率、漆膜白度等性能均显著优于同规格的小方解石和大方解石产品。且随着其细度的增加,漆膜的光泽呈现一定程度上升;随着白度的增加, 最终漆膜的白度也呈现一定程度的上升;此外,不同种类的碳酸钙对于聚酯粉末涂料的铅笔硬度和附着力没有直接的影响。因此在聚酯粉末涂料中针对于碳酸钙填料,应当优先选择以白云石为原矿的重质碳酸钙。


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