客戶服務熱線:
當前位置：首頁(ye) > 技(ji)術支持 > 化工填料類(lei) > 無水(shui)硫酸鈣部分(fen)替代鈦(tai)白粉的應用
（荊門市磊鑫石膏制品有限公司 湖北荊門(men) 448000）
摘 要: 目前鈦(tai)(tai)(tai)(tai)白(bai)粉(fen)的(de)(de)(de)價(jia)格居(ju)高不下(xia)，而且在國內(nei)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)復合(he)顏(yan)料的(de)(de)(de)研(yan)(yan)究尚處于(yu)起步階段(duan)，鈦(tai)(tai)(tai)(tai)白(bai)粉(fen)具有很多優勢，但是(shi)其昂貴(gui)的(de)(de)(de)價(jia)格讓(rang)人們不得不考慮采(cai)用(yong)其它的(de)(de)(de)產(chan)品來替(ti)(ti)(ti)代(dai)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)白(bai)粉(fen)。為(wei)了(le)節省昂貴(gui)的(de)(de)(de)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)白(bai)粉(fen)，降(jiang)低(di)成本，長期以來人們都積極地研(yan)(yan)究和(he)開(kai)發利用(yong)高效(xiao)價(jia)廉的(de)(de)(de)體質顏(yan)料取代(dai)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)白(bai)粉(fen)，研(yan)(yan)究新的(de)(de)(de)產(chan)品部分替(ti)(ti)(ti)代(dai)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)白(bai)粉(fen)勢在必行(xing)。由于(yu)硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)鈣具有良好的(de)(de)(de)白(bai)度(du)以及膠凝性，硫(liu)(liu)酸(suan)(suan)鈣可(ke)以部分替(ti)(ti)(ti)代(dai)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)白(bai)粉(fen)添加到白(bai)色橡膠中，最大替(ti)(ti)(ti)代(dai)量可(ke)以替(ti)(ti)(ti)代(dai)鈦(tai)(tai)(tai)(tai)白(bai)粉(fen)用(yong)量的(de)(de)(de)20%。
關(guan) 鍵 詞(ci):無水(shui)硫酸(suan)鈣；替代；鈦白(bai)粉
Application of anhydrous calcium sulfate partly replace titanium dioxide
HUANG Mingjie,ZHANG Xiaoying
(Jingmen City Leixin Gypsum Product Co.,Ltd.,HubeiJingmen448000,China)
Abstract:The titanium pigment of high prices, and in the domestic titanium compound pigment of the research is still in its infancy, titanium dioxide has many advantages, but its expensive price people have to consider other products instead of titanium dioxide. In order to save the expensive titanium pigment, reduce costs, have long been actively research and development and utilization of high efficiency and cheap inert pigment replace titanium pigment, it is imperative to research new product partly replace titanium dioxide. Because the calcium sulfate has good whiteness and gel, calcium sulfate can partially replace titanium dioxide added to the white rubber, maximum substitution could replace titanium dioxide usage of 20%.
Keywords: anhydrous calcium sulfate; replace; titanium dioxide
引(yin) 言
鈦白(bai)粉是一種品(pin)質優(you)良(liang)的白(bai)色(se)粉末顏料(liao)，具(ju)有(you)(you)良(liang)好(hao)的光散射(she)能(neng)力，因而白(bai)度好(hao)、著色(se)力高、遮蓋力強，同(tong)時具(ju)有(you)(you)較高的化學穩定性和(he)較好(hao)的耐候性、無(wu)毒無(wu)味、對人體無(wu)刺激作用，廣泛(fan)應用于涂料(liao)、塑料(liao)、造紙及油墨等工業領域。鈦白(bai)粉具(ju)有(you)(you)很多優(you)勢，但是其(qi)昂貴的價格讓人們不得不考慮采(cai)用其(qi)它的產品(pin)來替代(dai)鈦白(bai)粉。為了節省(sheng)昂貴的鈦白(bai)粉，降(jiang)低成本(ben)，長期以來人們都積極地研究和(he)開(kai)發利用高效價廉的體質顏料(liao)取代(dai)鈦白(bai)粉。
一(yi)、鈦(tai)白粉替(ti)代(dai)品的開發應用
人們所開發(fa)的(de)鈦(tai)白粉代用顏(yan)料(liao)種類(lei)甚(shen)多，粗略地加以分(fen)類(lei)，主要有微細化的(de)天然和人工合成的(de)無機(ji)體質顏(yan)料(liao)、有機(ji)高(gao)分(fen)子聚合物塑(su)性顏(yan)料(liao)、有機(ji)高(gao)分(fen)子聚合物中(zhong)空微球(qiu)不(bu)透明(ming)顏(yan)料(liao)等。這些代用品之所以能部(bu)分(fen)取代鈦(tai)白粉，主要是因(yin)為它們能使涂膜中(zhong)的(de)鈦(tai)白粉性能(主(zhu)要是遮蓋(gai)性能)得到更充分(fen)的(de)發揮，故可用(yong)(yong)更少(shao)量的(de)鈦白粉，便能(neng)達到它在早先配方中的(de)功能(neng)，即等于這(zhe)些代用(yong)(yong)顏料使鈦白粉發生了“增量”。
對(dui)于(yu)深色(se)漆用(yong)量少、裝(zhuang)飾性(xing)要(yao)(yao)求(qiu)較高(gao)、保色(se)性(xing)要(yao)(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)的內墻涂料，也(ye)可以考慮在保持遮(zhe)蓋力(li)不(bu)變的條件下使用(yong)粒(li)度較細的無水硫(liu)酸(suan)鈣粉體部分替(ti)代TiO2、CaCO3、滑石粉等填料(liao)，以降低成(cheng)本[1]。
二、影響替代后鈦白粉性能的因素
用增(zeng)量(liang)劑來部分取(qu)代鈦白粉時，必(bi)須堅持的原則是不(bu)能對(dui)材料(liao)的性(xing)(xing)能有太(tai)大(da)的影響，如(ru)材料(liao)的不(bu)滲透性(xing)(xing)、耐磨擦性(xing)(xing)等(deng)。同時對(dui)鈦白粉的性(xing)(xing)能也不(bu)能有太(tai)大(da)的影響。影響替(ti)代后鈦白粉性(xing)(xing)能的因素主要(yao)有以下(xia)幾點(dian)：
2.1遮蓋力
同(tong)樣重量(liang)的(de)涂料產品，在(zai)相(xiang)同的(de)施工(gong)條件下(xia)，遮蓋(gai)(gai)力(li)高的(de)產品可比遮蓋(gai)(gai)力(li)低(di)的(de)產品涂裝更多的(de)面積。所(suo)以要求替(ti)代后的(de)鈦復合(he)料的(de)遮蓋(gai)(gai)力(li)不能明顯的(de)降低(di)。
2.2白度(du)
鈦白粉(fen)作(zuo)為白色的著色顏料，是涂料次要(yao)成膜物(wu)質，它能夠(gou)賦予被涂物(wu)體表面光亮潔白的色彩(cai)。白度是影響鈦復合料性能的重(zhong)要(yao)因素。
2.3油分散性
鈦白粉的油(you)分散性(xing)在溶劑性(xing)涂料(liao)和(he)塑料(liao)方面都非常受關注，它的優劣(lie)會大大影響生產(chan)工藝、生產(chan)設備和(he)產(chan)品質(zhi)量。油(you)分散性(xing)也是(shi)影響鈦復合料(liao)性(xing)能的重要因素(su)。
2.4耐候(hou)性
材料如涂料、建筑用塑料、橡(xiang)膠制品(pin)等(deng)，應用于室外經受(shou)氣候的考驗，如光照(zhao)、冷熱、風(feng)雨、細菌等(deng)造成的綜合破壞(huai)，其耐(nai)(nai)受(shou)能(neng)(neng)力叫耐(nai)(nai)候性(xing)。材(cai)料的耐(nai)(nai)候性(xing)也是最(zui)終(zhong)決(jue)定其品(pin)質(zhi)好壞(huai)的原因。所以(yi)耐(nai)(nai)候性(xing)也是影響鈦復合料性(xing)能(neng)(neng)的重(zhong)要因素。
2.5替代品的粒度分布(bu)
根(gen)據大量實驗證明(ming)，鈦(tai)白粉替(ti)代(dai)品的粒(li)度(du)分布(bu)過大最終(zhong)導(dao)致鈦(tai)復合料的油分散(san)(san)性下降，因此，替(ti)代(dai)品的粒(li)度(du)分布(bu)要盡(jin)可能地均勻，增大產品的研磨(mo)強度(du)，減(jian)小(xiao)粒(li)度(du)分布(bu)寬度(du)，提(ti)高油分散(san)(san)性。
2.6替代品的純(chun)度
替代品(pin)種的雜質會降低最終復合料的遮蓋(gai)力、白度、油分散(san)性(xing)以(yi)及(ji)耐(nai)候(hou)性(xing)等，所(suo)以(yi)替代品(pin)的純度也至關(guan)重要(yao)。
2.7其它影(ying)響因素
如替(ti)代品的吸(xi)油(you)值以及鈦復合料的制備工藝(yi)等都是影響(xiang)鈦復合材料性(xing)能的因素。
三、硫酸鈣(gai)部分替代鈦白粉的應(ying)用(yong)
早在20世紀20年代(dai)，世界鈦白粉工(gong)業剛(gang)(gang)剛(gang)(gang)起步，1920年就生產了l000t含銳鈦型TiO2 25%、硫酸鈣75%的鈦(tai)-鈣型復合(he)顏料。鈦(tai)白粉在涂(tu)料中(zhong)的(de)應(ying)用最多，尤其是金紅(hong)石型鈦(tai)白粉，其綜合(he)物理化(hua)學性能比銳鈦(tai)礦型鈦(tai)白粉好，基本上全部用在涂(tu)料中(zhong)。20世紀50年代的時候，含有50%金紅石型TiO2和50%硫酸鈣(gai)的另一種顏料(liao)又被引入市場。
由于硫(liu)酸鈣具有很高的白度（能達到98，接近鈦白(bai)粉(fen)），良(liang)好的油分散性、優異的耐(nai)候(hou)性以及均勻的粒度(du)分布等，人們(men)一(yi)直在研究(jiu)其在替代(dai)鈦白(bai)粉(fen)領域方面的應用(yong)。經(jing)美國USG石膏公司研究發現(xian)，用無水硫酸(suan)鈣制(zhi)備色(se)母粒(li)用于塑料(liao)著色(se)時(shi)，對塑料(liao)制(zhi)品的不透明度以及白度（L,a,b）影(ying)響非常小。無水硫酸鈣(gai)在制備色母粒時(shi)部分替代鈦白(bai)粉是可(ke)行的(de)，無水硫酸鈣(gai)最多可(ke)以替代鈦白(bai)粉用量的(de)20%。實踐證(zheng)明(ming)，通過間接煅燒制(zhi)(zhi)備的超(chao)細無水硫(liu)酸鈣填料在憑借其良好的著色性能，窄粒度分(fen)布，以(yi)及非磨料的特性，能使美國的色彩制(zhi)(zhi)造商(shang)在不犧牲質量的前提(ti)下，減少制(zhi)(zhi)造成本。[2]
我們選(xuan)取了(le)兩種(zhong)色母料，一種(zhong)采用(yong)高密度聚乙(yi)烯樹脂(zhi)制備，另一種(zhong)采用(yong)高抗(kang)沖(chong)聚苯(ben)乙(yi)烯樹脂(zhi)制備。顏料和樹脂(zhi)的比(bi)例分別為58%和42%，然后硫(liu)酸(suan)鈣(gai)部分替(ti)代鈦(tai)白(bai)粉（金(jin)紅石型），替(ti)代量分別為鈦(tai)白(bai)粉用量的(de)10%、15%、20%、25%。本試(shi)驗(yan)中所用硫(liu)酸(suan)鈣產品的有(you)效(xiao)成分CaSO4含(han)量大于98%，最大粒徑為20μm中等粒(li)徑為4μm主要測試制品的不透明度和(he)白度。
高(gao)密度聚(ju)乙烯(xi)樹脂（HDPE）、高抗沖聚苯乙烯(xi)樹脂（HIPS）用高純度硫酸鈣代(dai)替鈦白粉后不(bu)透明(ming)度的測(ce)試(shi)結果分別如圖(tu)1、圖2所示，白度(du)測試結果分別(bie)如表1、表2所示。
從(cong)圖1、圖2可知，用高純度硫酸(suan)鈣代替鈦白粉后對HDPE和(he)HIPS制(zhi)品的不(bu)透明度影響非常(chang)小。
表1高(gao)密度聚乙烯樹脂（HDPE）：用高純度硫酸(suan)鈣代替鈦白粉
表2高抗沖聚(ju)苯(ben)乙烯(xi)樹脂（HIPS）：用(yong)高純度硫酸鈣(gai)代替鈦白粉(fen)
從表1、表2可(ke)知，高(gao)密(mi)度聚乙(yi)烯樹脂（HDPE）、高(gao)抗沖聚苯乙烯(xi)樹(shu)脂（HIPS）用高純度硫酸鈣(gai)代替鈦(tai)白(bai)粉后對制品的白(bai)度（L,a,b）影響非常小。
小結：由(you)上述試驗表明(ming)高密度(du)聚乙烯樹(shu)脂(zhi)（HDPE）、高抗沖聚苯乙烯樹(shu)脂(zhi)（HIPS）用高純(chun)度硫酸鈣代替鈦白粉后(hou)的不透(tou)明度以及白度（L,a,b）影響均(jun)非常小。
硫酸鈣與其它折(zhe)射率高的(de)顏料(liao)(liao)混用主要有三種形(xing)式(shi)：一是(shi)硫酸鈣與其它顏料(liao)(liao)粉磨到一定(ding)粒度之后，直接混合均(jun)勻后作為(wei)顏料(liao)(liao)使用，這也是(shi)最(zui)早的(de)使用方式(shi)。如硫酸鈣和二氧化(hua)鈦按一定(ding)比例其效(xiao)果要比立德粉還(huan)要好(hao)并(bing)且經(jing)濟，成為(wei)各種室內油性樹脂涂裝的(de)主要白色(se)顏料(liao)(liao)。表(biao)3是硫酸鈣與二氧化鈦混合物的部分物理性質(zhi)。
表3復合(he)金(jin)紅石-硫酸鈣顏(yan)料的一般物理性質
硫(liu)酸鈣(gai)作為部分(fen)替代物(wu)，粒(li)徑(jing)很細，就能均勻的分(fen)散到(dao)漆料中，則涂抹平整(zheng)、光(guang)滑如鏡，光(guang)澤(ze)度(du)就好；反之，粒(li)徑(jing)過粗(cu)，涂膜粗(cu)糙，光(guang)澤(ze)度(du)就會降低，并會帶有其他底色，著色后色調發暗。表6所示為(wei)不同波長下的白(bai)色顏料的最佳粒徑。
表(biao)6不(bu)同波(bo)長下的白色顏料的最佳(jia)粒徑/μm
四、硫酸鈣、鈦白粉的基礎(chu)技(ji)術指標對比(bi)
硫酸鈣具有(you)的(de)高白(bai)度、良好的(de)流(liu)動性(xing)(xing)、凝(ning)膠性(xing)(xing)、親水(shui)性(xing)(xing)和耐候性(xing)(xing)使的(de)其(qi)在(zai)建筑(zhu)涂(tu)層(ceng)行(xing)應(ying)用的(de)很廣泛。硫酸(suan)鈣同(tong)碳酸(suan)鈣、二氧化(hua)(hua)鈦、硫酸(suan)鋇、硫化(hua)(hua)鋅、氧化(hua)(hua)鋅等作為白(bai)色體質(zhi)顏料(liao)在(zai)涂(tu)料(liao)、塑料(liao)、橡膠、造(zao)紙(zhi)、油墨等中應(ying)用。其(qi)中在(zai)涂(tu)料(liao)中應(ying)用顏料(liao)的(de)光學性(xing)(xing)質(zhi)比較(jiao)重(zhong)要，如折(zhe)射率、光澤度、和耐候性(xing)(xing)。表4是常用幾(ji)種白色顏料(liao)的部分性質。
表4常用幾(ji)種白色(se)顏(yan)料的部(bu)分性質
硫酸(suan)鈣(gai)、二氧(yang)化(hua)鈦等無機填料(liao)(liao)都具有獨特的物理化(hua)學(xue)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)，不僅可以降低高(gao)分(fen)子材(cai)料(liao)(liao)或高(gao)聚物基復合材(cai)料(liao)(liao)的成本，而且(qie)還能(neng)提高(gao)材(cai)料(liao)(liao)的剛性(xing)(xing)(xing)、硬度、強度、尺寸(cun)穩定性(xing)(xing)(xing)，賦予材(cai)料(liao)(liao)某些特殊(shu)的物理化(hua)學(xue)性(xing)(xing)(xing)能(neng)，如(ru)耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)(xing)、阻燃性(xing)(xing)(xing)等。[3-4] 硫酸鈣、二氧化鈦兩者(zhe)基本(ben)技術指標見(jian)表5。
表5硫酸(suan)鈣、鈦(tai)白(bai)粉(fen)基礎技(ji)術指(zhi)標
小結
硫酸鈣的折(zhe)射率(lv)較低(di)(di)作為(wei)涂(tu)料(liao)時不(bu)透明度和遮蓋力比二氧(yang)化(hua)鈦和其它(ta)折(zhe)射率(lv)高的顏(yan)料(liao)要低(di)(di)，但像二氧(yang)化(hua)鈦等這種(zhong)高折(zhe)射率(lv)的顏(yan)料(liao)有耐候(hou)性不(bu)好，價格(ge)高等缺點(dian)。所以(yi)硫酸鈣可(ke)以(yi)用(yong)來(lai)部分替(ti)代二氧(yang)化(hua)鈦和其它(ta)高折(zhe)射率(lv)的顏(yan)料(liao)用(yong)于涂(tu)料(liao)中，不(bu)僅可(ke)以(yi)改善其它(ta)顏(yan)料(liao)的不(bu)足還可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)(di)成(cheng)本。
參考文獻
[1] 高(gao)建綱,金盈,吳(wu)之傳,王敏,梁修磊.硬(ying)石膏粉體(ti)為填料(liao)制備(bei)白色及彩(cai)色涂料(liao)初探(tan)[J].安徽工程(cheng)科(ke)技學院學報(bao),2009,24(3).
[2] 李敏,張曉瑩.硫(liu)酸鈣粉體填料在涂料中的(de)應用綜述[J]. 現(xian)代涂(tu)料與(yu)涂(tu)裝,2012,5:18—19.
[3] 陳更新(xin),周(zhou)宇.非金屬(shu)礦(kuang)物(wu)填料在塑料工業中(zhong)的應用現狀與發展趨勢[J].中(zhong)國非金屬礦工業(ye)導刊,2006,6:3—15.
[4] 唐偉佳,蔣頂(ding)軍,吳汾.國外(wai)無機填(tian)料(liao)新產品及其應用[J].中(zhong)國非金屬礦工業導刊,2007,1:15—17.
版(ban)權聲明(ming)：
此文章已成功發表在(zai)《現代(dai)涂(tu)料與涂(tu)裝》雜志2013年6月第(di)六期，未以書面同(tong)意不得轉(zhuan)載，違(wei)者必究！
荊門(men)市磊鑫石膏制品有限公司
