無水硫酸鈣部分替代鈦白粉的應(yīng)用

（荊門市磊鑫石膏制品有限公司 湖北荊門 448000）

摘 要: 目前鈦白粉的價格居高不下，而且在國內(nèi)鈦復(fù)合顏料的研究尚處于起步階段，鈦白粉具有很多優(yōu)勢，但是其昂貴的價格讓人們不得不考慮采用其它的產(chǎn)品來替代鈦白粉。為了節(jié)省昂貴的鈦白粉，降低成本，長期以來人們都積極地研究和開發(fā)利用高效價廉的體質(zhì)顏料取代鈦白粉，研究新的產(chǎn)品部分替代鈦白粉勢在必行。由于硫酸鈣具有良好的白度以及膠凝性，硫酸鈣可以部分替代鈦白粉添加到白色橡膠中，最大替代量可以替代鈦白粉用量的20%。

關(guān) 鍵 詞:無水硫酸鈣；替代；鈦白粉

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 言

鈦白粉是一種品質(zhì)優(yōu)良的白色粉末顏料，具有良好的光散射能力，因而白度好、著色力高、遮蓋力強，同時具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和較好的耐候性、無毒無味、對人體無刺激作用，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙及油墨等工業(yè)領(lǐng)域。鈦白粉具有很多優(yōu)勢，但是其昂貴的價格讓人們不得不考慮采用其它的產(chǎn)品來替代鈦白粉。為了節(jié)省昂貴的鈦白粉，降低成本，長期以來人們都積極地研究和開發(fā)利用高效價廉的體質(zhì)顏料取代鈦白粉。

一、鈦白粉替代品的開發(fā)應(yīng)用

人們所開發(fā)的鈦白粉代用顏料種類甚多，粗略地加以分類，主要有微細化的天然和人工合成的無機體質(zhì)顏料、有機高分子聚合物塑性顏料、有機高分子聚合物中空微球不透明顏料等。這些代用品之所以能部分取代鈦白粉，主要是因為它們能使涂膜中的鈦白粉性能(主要是遮蓋性能)得到更充分的發(fā)揮，故可用更少量的鈦白粉，便能達到它在早先配方中的功能，即等于這些代用顏料使鈦白粉發(fā)生了“增量”。

對于深色漆用量少、裝飾性要求較高、保色性要求不高的內(nèi)墻涂料，也可以考慮在保持遮蓋力不變的條件下使用粒度較細的無水硫酸鈣粉體部分替代TiO₂、CaCO₃、滑石粉等填料，以降低成本^[1]。

二、影響替代后鈦白粉性能的因素

用增量劑來部分取代鈦白粉時，必須堅持的原則是不能對材料的性能有太大的影響，如材料的不滲透性、耐磨擦性等。同時對鈦白粉的性能也不能有太大的影響。影響替代后鈦白粉性能的因素主要有以下幾點：

2.1遮蓋力

同樣重量的涂料產(chǎn)品，在相同的施工條件下，遮蓋力高的產(chǎn)品可比遮蓋力低的產(chǎn)品涂裝更多的面積。所以要求替代后的鈦復(fù)合料的遮蓋力不能明顯的降低。

2.2白度

鈦白粉作為白色的著色顏料，是涂料次要成膜物質(zhì)，它能夠賦予被涂物體表面光亮潔白的色彩。白度是影響鈦復(fù)合料性能的重要因素。

2.3油分散性

鈦白粉的油分散性在溶劑性涂料和塑料方面都非常受關(guān)注，它的優(yōu)劣會大大影響生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品質(zhì)量。油分散性也是影響鈦復(fù)合料性能的重要因素。

2.4耐候性

材料如涂料、建筑用塑料、橡膠制品等，應(yīng)用于室外經(jīng)受氣候的考驗，如光照、冷熱、風(fēng)雨、細菌等造成的綜合破壞，其耐受能力叫耐候性。材料的耐候性也是最終決定其品質(zhì)好壞的原因。所以耐候性也是影響鈦復(fù)合料性能的重要因素。

2.5替代品的粒度分布

根據(jù)大量實驗證明，鈦白粉替代品的粒度分布過大最終導(dǎo)致鈦復(fù)合料的油分散性下降，因此，替代品的粒度分布要盡可能地均勻，增大產(chǎn)品的研磨強度，減小粒度分布寬度，提高油分散性。

2.6替代品的純度

替代品種的雜質(zhì)會降低最終復(fù)合料的遮蓋力、白度、油分散性以及耐候性等，所以替代品的純度也至關(guān)重要。

2.7其它影響因素

如替代品的吸油值以及鈦復(fù)合料的制備工藝等都是影響鈦復(fù)合材料性能的因素。

三、硫酸鈣部分替代鈦白粉的應(yīng)用

早在20世紀(jì)20年代，世界鈦白粉工業(yè)剛剛起步，1920年就生產(chǎn)了l000t含銳鈦型TiO2 25%、硫酸鈣75%的鈦-鈣型復(fù)合顏料。鈦白粉在涂料中的應(yīng)用最多，尤其是金紅石型鈦白粉，其綜合物理化學(xué)性能比銳鈦礦型鈦白粉好，基本上全部用在涂料中。20世紀(jì)50年代的時候，含有50%金紅石型TiO2和50%硫酸鈣的另一種顏料又被引入市場。

由于硫酸鈣具有很高的白度（能達到98，接近鈦白粉），良好的油分散性、優(yōu)異的耐候性以及均勻的粒度分布等，人們一直在研究其在替代鈦白粉領(lǐng)域方面的應(yīng)用。經(jīng)美國USG石膏公司研究發(fā)現(xiàn)，用無水硫酸鈣制備色母粒用于塑料著色時，對塑料制品的不透明度以及白度（L,a,b）影響非常小。無水硫酸鈣在制備色母粒時部分替代鈦白粉是可行的，無水硫酸鈣最多可以替代鈦白粉用量的20%。實踐證明，通過間接煅燒制備的超細無水硫酸鈣填料在憑借其良好的著色性能，窄粒度分布，以及非磨料的特性，能使美國的色彩制造商在不犧牲質(zhì)量的前提下，減少制造成本。[2]

我們選取了兩種色母料，一種采用高密度聚乙烯樹脂制備，另一種采用高抗沖聚苯乙烯樹脂制備。顏料和樹脂的比例分別為58%和42%，然后硫酸鈣部分替代鈦白粉（金紅石型），替代量分別為鈦白粉用量的10%、15%、20%、25%。本試驗中所用硫酸鈣產(chǎn)品的有效成分CaSO4含量大于98%，最大粒徑為20μm中等粒徑為4μm主要測試制品的不透明度和白度。

高密度聚乙烯樹脂（HDPE）、高抗沖聚苯乙烯樹脂（HIPS）用高純度硫酸鈣代替鈦白粉后不透明度的測試結(jié)果分別如圖1、圖2所示，白度測試結(jié)果分別如表1、表2所示。

從圖1、圖2可知，用高純度硫酸鈣代替鈦白粉后對HDPE和HIPS制品的不透明度影響非常小。

表1高密度聚乙烯樹脂（HDPE）：用高純度硫酸鈣代替鈦白粉

表2高抗沖聚苯乙烯樹脂（HIPS）：用高純度硫酸鈣代替鈦白粉

從表1、表2可知，高密度聚乙烯樹脂（HDPE）、高抗沖聚苯乙烯樹脂（HIPS）用高純度硫酸鈣代替鈦白粉后對制品的白度（L,a,b）影響非常小。  

小結(jié)：由上述試驗表明高密度聚乙烯樹脂（HDPE）、高抗沖聚苯乙烯樹脂（HIPS）用高純度硫酸鈣代替鈦白粉后的不透明度以及白度（L,a,b）影響均非常小。

硫酸鈣與其它折射率高的顏料混用主要有三種形式：一是硫酸鈣與其它顏料粉磨到一定粒度之后，直接混合均勻后作為顏料使用，這也是最早的使用方式。如硫酸鈣和二氧化鈦按一定比例其效果要比立德粉還要好并且經(jīng)濟，成為各種室內(nèi)油性樹脂涂裝的主要白色顏料。表3是硫酸鈣與二氧化鈦混合物的部分物理性質(zhì)。

表3復(fù)合金紅石-硫酸鈣顏料的一般物理性質(zhì)

硫酸鈣作為部分替代物，粒徑很細，就能均勻的分散到漆料中，則涂抹平整、光滑如鏡，光澤度就好；反之，粒徑過粗，涂膜粗糙，光澤度就會降低，并會帶有其他底色，著色后色調(diào)發(fā)暗。表6所示為不同波長下的白色顏料的最佳粒徑。

表6不同波長下的白色顏料的最佳粒徑/μm

四、硫酸鈣、鈦白粉的基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)對比  

硫酸鈣具有的高白度、良好的流動性、凝膠性、親水性和耐候性使的其在建筑涂層行應(yīng)用的很廣泛。硫酸鈣同碳酸鈣、二氧化鈦、硫酸鋇、硫化鋅、氧化鋅等作為白色體質(zhì)顏料在涂料、塑料、橡膠、造紙、油墨等中應(yīng)用。其中在涂料中應(yīng)用顏料的光學(xué)性質(zhì)比較重要，如折射率、光澤度、和耐候性。表4是常用幾種白色顏料的部分性質(zhì)。

表4常用幾種白色顏料的部分性質(zhì)

硫酸鈣、二氧化鈦等無機填料都具有獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，不僅可以降低高分子材料或高聚物基復(fù)合材料的成本，而且還能提高材料的剛性、硬度、強度、尺寸穩(wěn)定性，賦予材料某些特殊的物理化學(xué)性能，如耐腐蝕性、阻燃性等。^[3-4] 硫酸鈣、二氧化鈦兩者基本技術(shù)指標(biāo)見表5。  

表5硫酸鈣、鈦白粉基礎(chǔ)技術(shù)指標(biāo)

小結(jié)

硫酸鈣的折射率較低作為涂料時不透明度和遮蓋力比二氧化鈦和其它折射率高的顏料要低，但像二氧化鈦等這種高折射率的顏料有耐候性不好，價格高等缺點。所以硫酸鈣可以用來部分替代二氧化鈦和其它高折射率的顏料用于涂料中，不僅可以改善其它顏料的不足還可以降低成本。

參考文獻

[1] 高建綱,金盈,吳之傳,王敏,梁修磊.硬石膏粉體為填料制備白色及彩色涂料初探[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報,2009,24(3).

[2] 李敏,張曉瑩.硫酸鈣粉體填料在涂料中的應(yīng)用綜述[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝,2012,5:18—19.

[3] 陳更新,周宇.非金屬礦物填料在塑料工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2006,6:3—15.

[4] 唐偉佳,蔣頂軍,吳汾.國外無機填料新產(chǎn)品及其應(yīng)用[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2007,1:15—17.

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此文章已成功發(fā)表在《現(xiàn)代涂料與涂裝》雜志2013年6月第六期，未以書面同意不得轉(zhuǎn)載，違者必究！

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