广东化工2019年第4期· 66 · 第46卷总第390期
不同原矿重质碳酸钙在内墙乳胶漆
中应用的对比研究
甘昆秀，徐永华，温声平，周峰
(江西广源化工有限责任公司研发中心，江西吉安331500)
[摘要]研究了三种采用环辊磨生产的不同原矿的超细重质碳酸钙的性能指标和粒子形貌，并将其应用于内墙乳胶漆中。测试了乳胶漆的对比率、粘度及耐洗刷性等性能。结果表明：大方解石加工生产的碳酸钙具有白度高、杂质元素含量少、粒子形貌均匀规则的特点，将其应用于内墙乳胶漆时，其对比率及耐洗刷性能均优于小方解石及白云石生产的重质碳酸钙。
[关键词]不同原矿；重质碳酸钙；内墙；乳胶漆
[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2019)04-0066-02
Comparative Study on the Application of Different Raw Mineral Heavy Calcium
Carbonate in Interior Wall Latex Paint
Kun Xiugan, Yong Huaxu, Sheng Pingwen, Feng Zhou
(R&D Center of Jiangxi Guanguan Chemical Co., Ltd., Ji 'an 331500, China)
Abstract: The properties and particle morphology of three kinds of ultra-fine heavy calcium carbonate produced by ring roller mill were studied. The properties of emulsion paint such as ratio, viscosity and washing resistance were tested. The results show that the calcium carbonate produced by the processing of large calcite has the characteristics of high whiteness, less impurity element content and uniform particle morphology.
Keywords: different raw mineral；ground calcium carbonate；interior wall；latex paint
重质碳酸钙因其来源广泛、价格低廉，因此广泛用作橡胶、塑料、造纸、涂料、油墨、医药、食品、日化等行业的填料[1-2]。重钙作为填料应用于乳胶漆中时，起到填充作用，具有一定干遮盖性能，既降低乳胶漆的成本，又起骨架作用，提高涂膜厚度、硬度、耐水性及耐擦洗等性能[3-4]。因此，重钙在建筑涂料行业的应用越来越广泛。
碳酸钙作为一种自然界中最常见的物质之一。工业生产中常用的碳酸钙分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙。
其中，轻质碳酸钙为天然石灰石经过煅烧提纯由化学方法制备的碳酸钙；而重质碳酸钙则是由天然的碳酸钙矿石，经机械研磨加上分级系统制得的物理重质碳酸钙，其产品的使用性能与原矿的种类及生产工艺有很大关系。不同碳酸钙原矿，由于不同地域的地质环境和矿石成矿条件的差异性，导致不同区域矿石的晶型晶貌不一，物理性质也会不同，当其应用于下游领域时所表现出的各项性能指标也会有所不同。具体到内墙内墙乳胶漆中时，不同原矿生产的重质碳酸钙应用于其中时，由于其由于其本身性质的不同，因此会对乳胶漆白度、粘度、遮盖力、光泽及耐洗刷等指标产生一定的影响[5-7]。
本文选用大方解石、小方解石及白云石三种原矿，采用环辊磨加工成800目重质碳酸钙，测试其物理性质、化学组分和粒子形貌的区别，并将其添加到内墙乳胶漆中，通过测定乳胶漆漆膜白度、粘度、对比率、光泽度及耐洗刷等指标来判定不同原矿对内墙乳胶漆的性能影响。
1 实验部分
1.1 实验原料
大方解碳酸钙，江西永丰某公司产品，编号为：YF-800；白云石碳酸钙，辽宁海城某公司产品，编号为HC-800；小方解石碳酸钙，广东连州某公司产品，编号为LZ-800；分散剂，佳谦化学股份有限公司；润湿剂，佳谦化学股份有限公司；消泡剂，佳谦化学股份有限公司；乙二醇，；醇酯十二，；羟乙基纤维素，；金红石型钛白粉，中核华原钛白股份有限公司；高岭土，山西金宇；PH调节剂，安格
斯化学；苯丙乳液998A，巴德富；杀菌剂。
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：3000E型，马尔文仪器有限公司；白度仪：WSB-X型，杭州大成光电仪器有限公司；原子吸收分光光度计：A3F型，北京普析通用仪器有限责任公司；高速分散机：GFJ-0.4型，上海现代环境工程技术有限公司；斯托默粘度计，STM-IV型，上海现代环境工程技术有限公司；反射率测定仪，C84-II型，上海现代环境工程技术有限公司；建筑涂料耐洗刷仪，JTX-II型，上海现代环境工程技术有限公司；真空自动涂膜仪，AFA-II型，上海现代环境工程技术有限公司；三角度光泽度检测仪，GZ-II，天津市世博伟业化玻仪器有限公司。
1.3 实验配方
表1 实验配方
序号组分质量分数% 序号组分质量分数%
1 水30 9 高岭土9
2 羟乙基纤维素0.65 10 重钙38
3 分散剂0.45 11 AMP-95 0.05
4 润湿剂0.2 12 苯丙乳液10
5 消泡剂0.2 13 消泡剂0.2
6 乙二醇  1.0 14 杀菌剂0.2
7 醇酯十二  1.0 15 水余量
8 金红石钛白粉  3.15
1.4 乳胶漆的制备
按表1所示实验配方，依次加入组分1-7首先，转速调600 r/min，分散5 min后，加入组分8-10，转速调至1700 r/min，高速分散15 min后，加入组分12-15，调低转速至600 r/min，分散5 min后即完成涂料制备，将其放置在室温25 ℃的环境下备用。
1.5 性能测试
粘度测试：按GB/T9269-2009测试；
漆膜白度测试：按GB/T1729-1979测试；
对比率测试：按GB/T1726-1979测试；
光泽度测试：按GB/T1743-1979测试；
耐洗刷性能测试：按GB/T9266-2009测试。
2 结果与讨论
2.1 不同原矿加工的重质碳酸钙的物理指标
[收稿日期] 2019-01-22
[作者简介] 甘昆秀(1988-)，女，江西吉安人，本科，主要研究方向为无机非金属粉体填料材料。
2019年第4期广东化工
第46卷总第390期 · 67 ·
表2 不同原矿加工的碳酸钙的物理指标
指标D50/μm D97/μm D100/μm≤2 μm含量/% 白度/° 吸油值/mL/100g
YF-800    5.069 16.269 27.078 22.06 96.6 25
LZ-800    5.185 16.975 27.847 20.71 96.7 24
HC-800    5.092 16.610 27.671 21.91 98.1 26
表2为不同原矿加工的碳酸钙的物理指标。从表2可以看出，三种碳酸钙的白度都在93以上，其中采用海城白云石原矿生产的HC-800的白度最高，达到98.1。从粉体细度上分析，选用相同的生产设备，采用相同的工艺参数生产出的800目粉体，其粒径分布基本相同。从吸油值上分析，LZ-800的吸油值最低，吸油值越低，相对而言对乳液的需求量可能会更小，但是在同等情况下做出的成品可能会偏稀。
2.2 不同原矿加工的碳酸钙的化学组分
表3是不同原矿加工的碳酸钙的化学组分。从表3结果可以看出，江西永丰大方解加工的YF-800碳酸钙含量最高，杂质元素和重金属含量最低；连州小方解加工的LZ-800的SiO2最低，相对而言对加工设备的磨损也会低；海城白云石加工的HC-800，其成分为典型的白云石成分，其中MgO的含量较多，达到22.43%，碳酸钙的纯度较低，因此粉体一些性能可能会受到影响。
表3 不同原矿加工的碳酸钙的化学组分
指标YF-800 LZ-800 HC-800
CaCO3/% 97.32 96.85 53.57
MgO/% 0.8    1.5 22.43
SiO2/% 0.5 0.01    1.01
Fe2O3/% 0.07 0.06 0.07
Al2O3/% 0.08 0.01 0.08
Pb2+/% 0 0 0
Mn2+/% 0 0 0
Cr6+/3+/% 0 0 0
Cd2+/% 0 0 0.0001 2.3
不同原矿加工的碳酸钙的粒子形貌
YF-800 LZ-800 HC-800
图1 不同原矿加工的碳酸钙的扫描电镜图
图1是不同原矿加工的碳酸钙的扫描电镜图，其放大倍数为
2000倍。从图1可以看出，三种碳酸钙粒子均呈无规形状，其中
采用大方解生产的YF-800颗粒表面孔和凹陷较多点，结晶度更
完整，颗粒表面没有附着太多小颗粒；而其他两种矿石加工的粉
体其表面都附着了一定的小颗粒，有些成为了一些小的团聚体。
从粒子分布的均匀度上看，YF-800的粒子分布的更均匀，颗粒的
大小基本一致，而其他两种碳酸钙颗粒大小差异程度比较大，粒
子分布相对不均匀一些。
2.4 乳胶漆粘度分析
表4 不同原矿碳酸钙对乳胶漆粘度的影响
样品名称粘度/KU
YF-800 140.7
LZ-800 138.0
HC-800 143.5
表4是不同原矿碳酸钙生产的内墙乳胶漆的粘度。从表4可
以看出，HC-800的粘度最大，LZ-800的粘度最小。这与三种碳
酸钙的吸油值有着一定的关系，吸油值就越大，相应地也增加了
对乳液的吸附，提高了整体粘稠度，这与吸油值的测试结果是一
致的。
2.5 乳胶漆对比率分析
表5 不同原矿碳酸钙对乳胶漆对比率的影响
样品名称对比率/%
YF-800 93.46
LZ-800 92.50
HC-800 91.55
表5是不同原矿碳酸钙对乳胶漆对比率的影响。从表5可以
看出，采用方解石原矿生产的重钙应用于乳胶漆中时其对比率均
明显高于白云石原矿生产的重钙；在方解石产品中，大方解石生
产的重钙的对比率又比小方解石生产的重钙高。
2.6 乳胶漆漆膜耐洗刷性能分析
表6 不同原矿碳酸钙对乳胶漆漆膜耐洗刷性能的影响
样品名称耐洗刷次数
YF-800 771
LZ-800 757
HC-800 696
表6是不同原矿碳酸钙对乳胶漆漆膜耐洗刷性能的影响。从
表6可以看出，采用永丰大方解石加工的YF-800制备的乳胶漆
漆膜的耐洗刷次数最高，达到771次，其次是采用永丰大方解石
加工的LZ-800，其耐洗刷次数为757次，与YF-800相当，采用
海城白云石生产的HC-800制备的乳胶漆的漆膜耐洗刷性能最差，
耐洗刷次数为696次，但均大于500次，完全符合国家标准。
3 结论
(1)采用大方解石加工的碳酸钙产品白度高、杂质元素含量
低、颗粒分布比较均匀；
(2)采用大方解石加工的碳酸钙应用于内墙乳胶漆中其对比
率及耐洗刷性能明显优于小方解和白云石生产的重质碳酸钙。
参考文献
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(下转第74页)
广东化工2019年第4期·74 · 第46卷总第390期
置带动燃烧器在基础靶面径向做往复移动，同时控制沉积基础杆匀速缓慢下降、旋转，以便于二氧化
硅颗粒在基础靶面上呈螺旋状均匀层叠沉积而生长成二氧化硅疏松体坯体。沉积炉设计有排风口排出炉膛内的废气，并控制沉积炉炉口压力和排气口大气压力差，以避免炉外大气压变化时，炉内温场发生变化，从而保证沉积砣面在炉内烟气中形成稳定流场，利于二氧化硅颗粒在高温下快速、均匀、有效地沉积到沉积靶面上，防止二氧化硅颗粒随烟气飘散，保证疏松体坯体的成型质量。
图1 疏松体沉积炉的外观示意图
Fig.1 Schematic diagram of the appearance of CVD system
1.2.1 有机硅蒸发器和精密供气供料系统
为了确保疏松体沉积炉的燃烧器获得稳定的供给，以减少原料流量变化对沉积面的不利影响，需对氢氧燃烧气体和八甲基环四硅氧烷原料采用自动恒压处理和使用质量流量控制器的自动控制。
1.2.2 用于SiO2疏松体沉积的石英燃烧器
燃烧器是化学气相沉积技术(CVD)生产工艺流程中的一个重要部件，八甲基环四硅氧烷通过燃烧器火焰水解成二氧化硅颗粒，并沉积到绕自身纵向轴旋转的载体靶料面上。燃烧器设计的合理性直接影响沉积面温场分布，决定了二氧化硅粉料的得料率与沉积体的形态和质量。石英玻璃燃烧器由氢气下料管、氧气管、氢气管、灯壳、灯座、灯芯板、灯芯、储料仓组成。并且，针对灯距、入口气体流量、气体配比等参数进行了优化设计，以获得近似均匀的沉积面温度场，提高二氧化硅微粒子的沉积效率和密度均匀性。
2 结果与讨论
在试验过程中，分别研究了沉积炉的炉体结构、燃烧器的结构和焦距以及移动轨迹、氢气和氧气流量以及有机硅八甲基环四硅氧烷流量之间比例关系、八甲基环四硅氧烷下料量和底坨下降和旋转速度、
沉积温度等等工艺参数对SiO2沉积外观形貌、密度均匀性的影响，确定了优化的沉积工艺。
通过调整移动轨迹的优化灯芯的数量、布局和燃烧器的结构优化探索以及燃烧器与沉积面距离的优化研究，实现沉积料面温度的稳定，提供稳定的化学气相沉积条件。探索出了合适的熔炉系统参数以实现炉内温度场、气流场，已经能够制备出表面光滑，尺寸Φ850×500 mm，适合玻璃化的高纯高均匀性SiO2疏松体，如图2。该产品经检测金属杂质总含量＜1 ppm，密度为0.7±0.03 g/cm3，具有应用于高性能石英玻璃材料的熔融制备的巨大潜力。
图2 疏松体产品外观照片
Fig.2 Appearance photo of SiO2 products
3 结论
化学气相沉积工艺技术(CVD)作为一种常见工艺，在新材料制备等各方面得到越来越广泛的应用，也是石英玻璃生产、试验过程中所采用的重要方法之一。石英玻璃广泛应用于各行业，并且有着较为成熟的生产经验。然而，目前国内尚未有任何单位报导能够以八甲基环四硅氧烷为原料，实现可用于高性能石英玻璃的高纯二氧化硅粉料的工业化生产。本文以氢氧火焰作热源，利用化学气相沉积工艺，在合成高纯的石英玻璃原料研究方面进行了初步的探讨，取得了一些成果，合成了高纯二氧化硅粉料样品。
化学气相沉积合成二氧化硅粉料，工作重点有如下几方面：(1)八甲基环四硅氧烷的提纯技术；(2) 精密稳定的供气供料系统；
(3)结构合理的石英玻璃燃烧器；(4)优化的沉积参数，提高得料率和上料速度。
该新型高纯二氧化硅粉料制备技术解决了传统生产工艺产生的污染，节约了生产成本，得到的二氧化硅材料金属杂质含量＜1 ppm，密度均匀性好，结构透气，极利于熔制高性能的超纯石英玻璃。有望
为满足国内航天、微电子半导体行业等核心领域对高性能合成石英玻璃的需求提供新的解决方案，使我国的高性能合成石英玻璃制造水平与世界同步。
参考文献
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