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硫酸鈣晶須在涂料中的應用綜述

（荊門(men)市磊(lei)鑫石膏制品有限公司 湖北荊門 448000）

摘 要(yao):硫(liu)酸(suan)鈣(gai)晶(jing)須在涂(tu)(tu)料中的應(ying)用才(cai)剛開始起步(bu)，本文(wen)主要介紹了(le)硫(liu)酸(suan)鈣(gai)晶(jing)須及其(qi)制(zhi)備原理(li)，以及硫(liu)酸(suan)鈣(gai)晶(jing)須在涂(tu)(tu)料中的應(ying)用現狀。

關(guan)鍵詞:硫酸鈣晶須；涂料(liao)；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(yin)言

近年(nian)來，涂(tu)(tu)料(liao)行業(ye)的競(jing)爭己步入白熱化階段，如何進一步提高(gao)涂(tu)(tu)料(liao)性能(neng)、降低材料(liao)成本(ben)，成為涂(tu)(tu)料(liao)企(qi)業(ye)亟待解決(jue)的問題。硫酸鈣晶須(xu)性能(neng)優異、價格低廉(lian)，具(ju)有極好的性價比，是一(yi)種市場(chang)前景廣闊的新型(xing)材(cai)料，雖(sui)然(ran)硫酸鈣晶須(xu)在(zai)其他行業的應用(yong)(yong)己頗具(ju)規模(mo)，但在(zai)涂料油(you)漆(qi)中的應用(yong)(yong)研究才剛起步。

1硫(liu)酸鈣晶須(xu)簡(jian)介

硫酸鈣晶須分為(wei)無水、半水、二水3種(zhong)，其中(zhong)無水硫(liu)酸(suan)鈣(gai)晶須強度最高。硫(liu)酸(suan)鈣(gai)晶須具有優(you)良(liang)的(de)力學性(xing)(xing)能，良(liang)好(hao)(hao)的(de)相(xiang)容性(xing)(xing)，優(you)良(liang)的(de)平滑(hua)性(xing)(xing)，再(zai)生性(xing)(xing)能好(hao)(hao)，毒性(xing)(xing)低(di)，制造成(cheng)本低(di)，主要用于(yu)造紙(zhi)、復合材料(liao)的(de)增加組元(yuan)、摩擦材料(liao)、環境工程過濾、瀝青改(gai)性(xing)(xing)，以及(ji)(ji)提高涂料(liao)和油(you)漆的(de)附(fu)著力、耐溫性(xing)(xing)及(ji)(ji)絕緣性(xing)(xing)。^[1]硫酸鈣晶須的具體技術指標如(ru)表1所示。

表1硫酸鈣晶(jing)須技術指標

硫(liu)酸(suan)鈣晶須具(ju)有高(gao)(gao)強(qiang)度、高(gao)(gao)模量、高(gao)(gao)韌性和高(gao)(gao)絕緣性，其耐磨耗、耐酸(suan)堿、抗(kang)化(hua)學腐蝕和紅外線反射性能好(hao)(hao)，并具(ju)有阻燃性優(you)良、易(yi)于表面處(chu)理、易(yi)與聚合物復合且(qie)相溶性好(hao)(hao)、分散均勻(yun)、微溶于水、pH接近中(zhong)性等(deng)諸多優良的理化(hua)性能，是一種無毒(du)、環(huan)保的新型材料。

硫酸(suan)鈣(gai)晶(jing)須集增(zeng)強纖維和超細無(wu)機(ji)填料(liao)(liao)于一體，既可作(zuo)(zuo)補強增(zeng)韌劑或功能型填料(liao)(liao)，又可直接作(zuo)(zuo)為過(guo)濾材(cai)(cai)料(liao)(liao)、保溫(wen)材(cai)(cai)料(liao)(liao)、耐火隔(ge)熱(re)材(cai)(cai)料(liao)(liao)、紅外線反射材(cai)(cai)料(liao)(liao)和包覆電線的高(gao)絕緣(yuan)材(cai)(cai)料(liao)(liao)等，和其他無(wu)機(ji)晶(jing)須相比(bi)，硫酸(suan)鈣(gai)晶(jing)須是毒性最低、性價(jia)比(bi)極好的綠色環保材(cai)(cai)料(liao)(liao)。

2硫酸鈣晶須制(zhi)備(bei)

2.1原料

目(mu)前(qian)硫(liu)酸(suan)鈣(gai)(gai)(gai)晶(jing)(jing)須(xu)的制(zhi)備(bei)主要有兩類：一種是以(yi)(yi)天(tian)然石膏為(wei)原(yuan)料(liao)(liao)制(zhi)得硫(liu)酸(suan)鈣(gai)(gai)(gai)晶(jing)(jing)須(xu)，另一種是以(yi)(yi)工(gong)業廢渣(zha)為(wei)原(yuan)料(liao)(liao)制(zhi)取(qu)硫(liu)酸(suan)鈣(gai)(gai)(gai)晶(jing)(jing)須(xu)。其中以(yi)(yi)工(gong)業廢渣(zha)為(wei)原(yuan)料(liao)(liao)制(zhi)得硫(liu)酸(suan)鈣(gai)(gai)(gai)晶(jing)(jing)須(xu)的方法又有很多(duo)種，包括：以(yi)(yi)鹵(lu)渣(zha)為(wei)原(yuan)料(liao)(liao)制(zhi)取(qu)硫(liu)酸(suan)鈣(gai)(gai)(gai)晶(jing)(jing)須(xu)、以(yi)(yi)電石渣(zha)為(wei)原(yuan)料(liao)(liao)制(zhi)取(qu)硫(liu)酸(suan)鈣(gai)(gai)(gai)晶(jing)(jing)須(xu)、以(yi)(yi)氨水(shui)廢液及鹵(lu)水(shui)為(wei)原(yuan)料(liao)(liao)制(zhi)備(bei)硫(liu)酸(suan)鈣(gai)(gai)(gai)晶(jing)(jing)須(xu)、以(yi)(yi)檸檬酸(suan)渣(zha)為(wei)原(yuan)料(liao)(liao)制(zhi)備(bei)硫(liu)酸(suan)鈣(gai)(gai)(gai)晶(jing)(jing)須(xu)、利用磷石膏制(zhi)備(bei)硫(liu)酸(suan)鈣(gai)(gai)(gai)晶(jing)(jing)須(xu)等5類。^[2]

2.2方法(fa)

以石膏為原材料，對其進行深加工，是制備CaSO₄晶須的(de)主要途徑^[3-4]。其方法主要有水壓(ya)熱法和常壓(ya)酸化法。其中水壓(ya)熱法是將質(zhi)量分數<2%的二水石(shi)(shi)膏(gao)懸(xuan)浮液加到水壓熱器(qi)中處理，在飽和蒸汽壓下，二水石(shi)(shi)膏(gao)變(bian)為細小針狀的半(ban)水石(shi)(shi)膏(gao)，再(zai)經晶形穩定化(hua)處理，得到半(ban)水CaSO₄晶須，但是該(gai)方法生產成(cheng)(cheng)本高，應(ying)用受到限制。常壓酸化法是指在一(yi)定(ding)溫度下(xia)，高濃(nong)度二水石(shi)膏懸浮液(ye)在酸性溶液(ye)中可以轉變成(cheng)(cheng)針狀或纖維(wei)狀半水CaSO₄晶須。

3在防水涂料(liao)中(zhong)的應(ying)用

硫(liu)酸(suan)鈣晶須能均(jun)勻(yun)地(di)分散在(zai)油(you)漆、涂料中，起著(zhu)骨架作用而形成的復(fu)合(he)體，其耐熱、絕緣(yuan)、抗開裂、附著(zhu)力、粘接強(qiang)度等(deng)性(xing)能，均(jun)會顯(xian)著(zhu)提高。

在聚氨酯防水涂料(liao)中一般要(yao)加(jia)入固體填(tian)料(liao)，固體填(tian)料(liao)可以(yi)在一定程度上(shang)提高涂膜的物理機械性能，同時添加(jia)固體填(tian)料(liao)硫酸鈣晶須可以(yi)降(jiang)低成本[5]。

陳(chen)小衛等[6]經過實(shi)驗證明發(fa)現：在反應溫度(du)為75℃、反(fan)應時間為3.5h、組(zu)分中異氰酸酯基(NCO)質量分數(shu)為(wei)6.0%～7.5%、以辛酸亞錫為(wei)(wei)催化劑、辛酸亞錫質量分數為(wei)(wei)0.5%的(de)條(tiao)件下，硫酸鈣晶須質量分數從5%逐漸增加(jia)到25%的過程(cheng)中(zhong)，涂膜的拉(la)伸強度(du)不斷增大，但是當硫(liu)酸鈣晶須(xu)的質(zhi)量分數超過30%時涂膜(mo)的拉伸(shen)強度(du)急劇降低；涂膜(mo)斷裂伸(shen)長(chang)率隨著硫酸鈣晶須用量(liang)(liang)的增大而變小(xiao)。綜合考慮硫酸鈣晶須最(zui)適質量(liang)(liang)分數為20%，此時涂(tu)膜的拉伸強度(du)達7.2MPa，斷裂伸長(chang)率達500%，制得的聚氨(an)酯防(fang)水涂料性(xing)能最優異。

4在(zai)防火涂料中的(de)應用

防火(huo)涂(tu)料(liao)是指涂(tu)裝在物體表面(mian)，可防止(zhi)火(huo)災發生(sheng)，阻(zu)止(zhi)火(huo)勢蔓(man)延(yan)(yan)傳(chuan)播或(huo)隔離火(huo)源，延(yan)(yan)長基材(cai)著火(huo)時間或(huo)增加絕(jue)熱(re)性(xing)能以推遲結構破壞時間的一類(lei)涂(tu)料(liao)。國外在19世紀70年代就有了用(yong)灰泥、石膏、硫酸鋁釩等與水調(diao)和的建筑防火涂料。

對于建筑火(huo)災，火(huo)場溫度大多在800~1200℃，在火災發生的10min內，火場溫度即達到700℃以上(shang)，對于裸露鋼材(cai)，只要(yao)幾分鐘就可達(da)到(dao)鋼材(cai)臨界溫度。911事件后(hou)，鋼(gang)結(jie)(jie)構的防(fang)(fang)火(huo)問題(ti)更(geng)加(jia)引起各國政府(fu)的重視。鋼(gang)結(jie)(jie)構防(fang)(fang)火(huo)涂料有厚涂型(xing)和超薄型(xing)之(zhi)分，其厚度(du)分別為8~50mm，3~7mm和小于3mm，耐火(huo)時間為0.5~2.5h[7]。

鋼結構防(fang)火涂料(liao)常用(yong)的防(fang)火填料(liao)有云(yun)母(mu)粉、滑(hua)石(shi)粉、石(shi)棉粉、高嶺(ling)土(tu)、氧化鋅(xin)、氫(qing)氧化鋁(lv)、硼酸(suan)鋅(xin)、偏硼酸(suan)鋇、無(wu)機晶須等。對于防(fang)火涂料(liao)來說，其(qi)含無(wu)機填料(liao)的比例要適中，因(yin)為含量(liang)過高，會影響(xiang)涂層的發泡高度，從而(er)達不(bu)到隔熱的目的，但少量(liang)的填料(liao)又(you)不(bu)可(ke)或(huo)缺，因(yin)其(qi)可(ke)使泡沫層更(geng)致密，強度更(geng)好(hao)，從而(er)提高其(qi)防(fang)火性(xing)能。

硫酸鈣晶須有良好的耐高溫性(xing)，熔點在1450℃，耐熱性測試在1800℃下加(jia)熱2小時(shi)僅(jin)失重0.75%，不(bu)會引(yin)起高(gao)(gao)溫(wen)滑移的完整性，溫(wen)度升(sheng)高(gao)(gao)時，晶須(xu)不(bu)分解、不(bu)軟化，其強度幾(ji)乎沒有(you)損(sun)失，使得(de)硫酸鈣晶須(xu)在防火涂料中的應用成為可(ke)能。

5在(zai)粉(fen)末涂料(liao)中的(de)應(ying)用

粉末(mo)涂料不含有(you)(you)機(ji)揮發性有(you)(you)機(ji)化合物(VOC)或水(shui)，具(ju)(ju)有(you)無(wu)污(wu)染、高無(wu)機(ji)成分及節省能源等(deng)優點，正逐步取(qu)代傳統的溶劑型涂料，被廣泛應用于家電、汽車、辦公(gong)用具(ju)(ju)、鋼(gang)材和建筑(zhu)領域(yu)。隨著科技進步及市場(chang)發展(zhan)，粉末涂料的應用越(yue)來(lai)越(yue)受關注[8-9]。晶須粉(fen)末涂料是通過硫酸(suan)鈣(gai)晶須代替鈦白粉(fen)、硅酸(suan)鈣(gai)等來改(gai)善粉(fen)末涂料的(de)性(xing)能及降低成本，由于(yu)各(ge)種晶須的(de)性(xing)質(zhi)不同，伴隨的(de)改(gai)性(xing)效果(guo)也不一樣[10]。

溫紹國(guo)等^[11]將(jiang)硫(liu)酸鈣晶須應(ying)用到粉(fen)末(mo)聚酯(zhi)涂料中，制備出了最高使用溫度達到350℃，附(fu)著力為0級，硬度(du)、光澤(ze)度(du)都較(jiao)好的聚酯粉末涂(tu)料。

6在乳膠(jiao)漆中的應用(yong)

張熠等^[12]實證表明：純(chun)乳膠(jiao)漆涂膜的附著力(li)為6級(ji)，而加入0.5%的硫(liu)酸鈣晶(jing)須(xu)后(hou)，涂膜的附(fu)著力提高到4級，并(bing)且繼續增(zeng)加硫酸鈣(gai)晶須含量至2.5%，對漆(qi)膜附著力也沒有(you)影響。綜上(shang)所述：在(zai)乳膠漆(qi)中加入硫酸鈣晶須(xu)的質量分數為(wei)0.5%～2.5%時，能顯著提高漆(qi)(qi)膜(mo)的對(dui)比率(lv)、彈(dan)性(xing)和耐洗刷(shua)性(xing)能，并(bing)可以降(jiang)低漆(qi)(qi)膜(mo)的光澤(ze)。

7在(zai)內墻涂料中的應用

沈陽建筑大學，王博^[13]在一(yi)種建(jian)(jian)筑內(nei)(nei)墻(qiang)(qiang)涂料(liao)的(de)抗菌(jun)劑(ji)及其制備方法的(de)發(fa)明專利中(zhong)提到，這種建(jian)(jian)筑內(nei)(nei)墻(qiang)(qiang)涂料(liao)的(de)抗菌(jun)劑(ji)為(wei)人工生產(chan)的(de)硫酸鈣(gai)(gai)晶須，硫酸鈣(gai)(gai)晶須在建(jian)(jian)筑內(nei)(nei)墻(qiang)(qiang)涂料(liao)的(de)加入量為(wei)現有建(jian)(jian)筑內(nei)(nei)墻(qiang)(qiang)涂料(liao)總(zong)重量的(de)2%~3%，其制(zhi)備方(fang)法(fa)由(you)以下步(bu)驟構成：先將98%純度的工業硫(liu)酸鈣溶于水(shui)；然后將硫(liu)酸鈣溶液升溫至90℃，在加溫過(guo)程(cheng)中不斷投入(ru)98%工(gong)業硫酸鈣，直(zhi)到溶(rong)液飽和，停止加溫(wen)；在(zai)溶(rong)液降溫(wen)至(zhi)85℃后(hou)，在溶液(ye)中投入純度為99.9%的分析純(chun)硫酸鈣(gai)晶體粉末作為晶核，然后以(yi)0.3℃/分鐘的速度對溶液緩慢降溫，溶液中即可生長出長度在1~3cm不等(deng)的(de)硫酸(suan)鈣晶須，烘(hong)干后即可直接作為涂料抗菌劑(ji)使用(yong)。

8小 結

硫(liu)酸鈣晶(jing)須的制(zhi)備工(gong)藝中，所用的原(yuan)材料均價廉易得(de)，有(you)些甚(shen)至是變廢為(wei)寶，制(zhi)備的硫(liu)酸鈣晶(jing)須性能優異，作為(wei)一種(zhong)新(xin)型的增強(qiang)材料，具有(you)高(gao)強(qiang)、堅韌、耐(nai)熱、耐(nai)磨、防腐、絕緣(yuan)、導(dao)電、減振(zhen)、阻燃等許多特殊的(de)功(gong)能，具有極好的(de)性(xing)價比，屬于高性(xing)能、高附(fu)加值的(de)石(shi)膏系列產品，具有廣泛的(de)應(ying)用(yong)和市場(chang)前景，使其在特種涂料中的(de)應(ying)用(yong)有待(dai)于進一步研究。

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