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碳酸钙在涂料中的应用痛点问题与对策

2023-01-09 14:402940
 长期以来,碳酸钙粉体作为填充改性材料广泛应用于涂料等行业。一方面,能减少树脂用量,降低成本;另一方面,起到提高涂料遮盖力、耐水性、力学强度、触变性、光学性以及防沉降等作用,备受涂料生产企业关注。
但是在生产涂料的过程中要用好碳酸钙并不是一件容易的事,以纳米碳酸钙为例。

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涂料与改性纳米碳酸钙

未经处理的纳米碳酸钙,应用于有机介质中存在两个缺点。其一,因颗粒表面能高,处于热力学不稳定状态,粒子本身极易聚集成团,用常规分散方法很难使其粒子在应用介质中达到纳米级的粒度,从而影响了应用效果;其二,因其表面亲水疏油,很难与有机介质结合,均匀分布在有机介质中,不但未能实现其预定的功能。反而导致原有性能下降。所以,常常采用改性剂对纳米碳酸钙粒子进行表面改性,使其表面能降低,同时改善其表面亲油性。

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涂料与改性纳米碳酸钙

以改性纳米碳酸钙在建筑涂料中应用为例,由于纳米碳酸钙存在“蓝移”现象,在乳胶漆中可以屏蔽紫外光,起到隔热的效果,提高涂料抗老化性能。将纳米碳酸钙应用到外墙涂料中,涂层展现强烈的“疏水性”,涂层的抗裂强度、耐污染性均得到增强。
除了建筑涂料,一般涂料配方中也都含有一定量的刚性颗粒,有的配方中含量还相当大,这些刚性粒子的存在会导致涂膜中应力过于集中,使树脂产生裂纹。纳米碳酸钙的引入,能使刚性粒子与树脂间产生更多的接触几率,产生更多的微裂纹并引起弹性形变,将更多的冲击能量转化为热能吸收掉,从而提高涂料韧性。

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涂料中存在的纳米碳酸钙应用问题

当然,纳米碳酸钙改性后再应用也会面临一些问题。目前采用钛酸酯、硅烷偶联剂、脂肪酸等作为改性剂,将其加到纳米碳酸钙水浆中进行表面包覆,使纳米碳酸钙通过常规分散手段即可达到良好分散效果,但并不是所有改性后的纳米碳酸钙都具备令人满意的效果,有些纳米碳酸钙应用后对涂料的力学强度、耐水性能起不到补强效果,这是什么原因?而有些研发人员用自己合成的多官能团聚合物处理纳米碳酸钙后,能明显改善涂层的力学强度、耐水性等,都是改性剂有哪些不同?

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如何解决纳米碳酸钙在涂料中的应用难题?

(1)纳米碳酸钙改性剂和改性工艺的选择
表面处理剂在成膜基料与无机粉体之间起连接作用,处理剂的性能直接影响涂料的性能。如利用硬脂酸、钛酸酯与有机硅偶联剂等处理的纳米碳酸钙应用于环氧涂料、热塑性丙烯酸涂料、苯丙乳胶涂料,涂料在加入纳米碳酸钙后性能多呈下降趋势,而有些研发人员用自己合成的多官能团聚合物处理纳米碳酸钙后,能明显改善涂层的力学强度、耐水性等。这说明不同的处理剂虽然能达到促进纳米碳酸钙分散的目的,但由于与基料的相互作用原理不同,进而对性能的影响不同,而小分子的表面处理剂具有迁移性,使之不利于涂料性能的改善。
(2)强化纳米CaCO3在涂料中的应用基础研究
纳米材料与成膜物、其他原材料的相互作用形式、纳米碳酸钙在涂层中的分布状态等对涂层的性能有重要影响,必须了解纳米碳酸钙在不同体系中的相互作用,研究这些相互作用,可以借助于一些现代结构分析方法, 如探针、电镜、红外等。了解纳米碳酸钙如何改变涂层的微观结构,将有助于纳米碳酸钙-复合涂料的配方设计。
除了纳米碳酸钙,重质碳酸钙在涂料中应用同样广泛,而且用量更大。若生产不同涂料,轻钙、重钙、纳米钙要怎么选?重钙在涂料中应用要如何改性?哪种重钙在涂料中能起到补强效果,又能否代替纳米钙使用?
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