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          濕法碳酸鈣生產工藝及其在粉末涂料中的應用研究

          發布日期:2021-04-08 14:16:45 【返回】

                 本文介紹了重質碳酸鈣的干法、濕法生產工藝,并將其與輕質碳酸鈣進行對比。


                 研究了濕法超細重鈣和輕質納米碳酸鈣在粉末涂料領域的應用情況,結果顯示,濕法研磨碳酸鈣應用于粉末涂料中,其涂膜光澤,耐沖擊等性能比輕質碳酸鈣較好。


                 碳酸鈣是一種重要的、用途廣泛的無機鹽,根據加工方式的不同通常分為重質碳酸鈣和輕質碳酸鈣。


                 重質碳酸鈣又稱研磨碳酸鈣,簡稱重鈣,是以天然方解石、石灰石、白云石、白堊、貝殼等為原料通過物理方法加工制得;輕質碳酸鈣又稱沉淀碳酸鈣,簡稱輕鈣,是用化學方法加工制得。


                 目前粉末涂料用的填料主要是硫酸鋇,包括沉淀硫酸鋇和超細硫酸鋇,隨著歐盟和美國將硫酸鋇中的鋇列為重金屬之后,硫酸鋇在一些出口產品中的實用受到了限制。


                 硫酸鋇價格較碳酸鈣高,而碳酸鈣是一種既便宜又不含重金屬元素的白色填料,隨著生產工藝的進步,碳酸鈣呈現功能化和超細化的發展,其性能已經能夠達到粉末涂料所需要求,將其應用于粉末涂料中可減少成本。


                 濕法研磨超細重質碳酸鈣產品是我公司近年來開發的超細碳酸鈣深加工產品,相比于傳統工藝生產的普通重質碳酸鈣和化學沉淀法生產的輕質碳酸鈣來說,其具有細度更細、比表面積更大、化學穩定性要高等一系列優點。


                 本實驗選擇干法研磨超細碳酸鈣、濕法研磨超細重質碳酸鈣、輕質納米鈣應用于粉末涂料中,對比了其性能。


                 1、重鈣生產工藝

                 重質碳酸鈣的生產方法主要有干法和濕法兩種,干法一般生產2500 目以下的重鈣,若生產2500 目以上的重鈣在技術上是可行的,但是能耗高和成本較高,在經濟上不可行。


                 2500目以上的超細重質碳酸鈣的生產主要采用濕法研磨,而干法研磨則作為濕法研磨的前段工序。


                 1.1 干法工藝

                 干法生產重鈣是目前國內較普遍的方式,技術也較成熟,一般采用研磨設備與分級設備組成的加工工藝系統就能得到各粒度的產品。


                 主要采用的設備有雷蒙磨、環輥磨、球磨機、高壓輥磨機、立式攪拌磨機、氣流磨等,分級設備主要采用葉輪式超細分級機。


                 干法生產工藝具有設備投資少,技術成熟,工藝簡單,能耗低,單機產量較高等特點,一般常規干法生產重鈣工藝如圖1 所示。


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                 1.2 濕法工藝


                 隨著重質碳酸鈣越來越朝著微細化發展,傳統的干法生產工藝不論從設備本身還是經濟效益方面都無法滿足要求,從而濕法研磨工藝應運而生。


                 濕法研磨與干法研磨的區別在于分散介質的不同,干法以空氣作為分散介質,而濕法研磨則以水作為分散介質,在配以研磨助劑,使得顆粒的分散性更好,研磨效率更高,粒度更細。


                 一般濕法研磨工藝如圖2 所示,原礦經洗選后兩段破碎至400 目左右,配制成一定濃度的漿液,加入研磨助劑,給入立式研磨機,以氧化鋯珠作為研磨介質;


                 通過調整磨機各項參數控制出料細度,物料經磨細后以漿料形式排出,經干燥除塵后收集裝袋。


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                 2、濕法研磨超細重鈣的特點

                 由于濕法研磨重鈣的生產工藝和研磨環境與干法研磨重鈣和輕鈣存在明顯的不同,其產品的在物理性能上也純在著明顯差異。


                 2.1 濕法與干法重鈣性能比較

                 1)粒度。濕法研磨的超細重鈣粒度細,主要生產3000 目以上產品,-2μ m 含量一般能達到90%,而干法產品粒度相對較粗,主要生產2500 目以下產品。


                 2)粒徑分布。濕法生產重鈣粒徑分布窄,呈單峰或雙峰形態分布;而干法生產重鈣粒度分布較寬,成雙峰或多峰形態分布。


                 3)顆粒形狀。由于顆粒在研磨時研磨環境和受力方式的不同,濕法研磨重鈣產品顆粒一般呈現為球形或者類球形,而干法產品多為不定性,且有明顯棱角。


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                 是我公司生產的濕法研磨超細碳酸鈣的粒徑分布圖。從圖3 可以看出,濕法研磨超細碳酸鈣的粒徑呈雙峰分布,分別在0.75-0.82 um 和1.58-1.74 um 出現了峰值,而且碳酸鈣粒徑大部分都處于2 um 之下,屬于微米級材料。


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                 2.2 濕法超細重鈣與輕鈣性能比較

                 1)輕鈣由化學沉淀法制得,粒徑小,顆粒一般呈紡錘形或鏈形,吸油值相對重鈣要高,即使經表面處理的輕鈣吸油值也比普通濕法研磨重鈣要高,這就導致輕鈣作為填料是助劑的用量有可能會增加。


                 2)濕法研磨重鈣的應用領域相對于輕鈣要更廣,在某些領域(比如塑料),由于濕法研磨超細重鈣的流動性比輕鈣好,其添加量要比輕鈣大。


                 3)濕法研磨由于采用的是物理方法加工生產的碳酸鈣,在產品生產的過程中只加入了水,沒有任何雜質和化學物質的影響,產品的化學穩定性較高;


                 輕質碳酸鈣的生產是采用化學合成的方法生產的,在碳化反應的過程中容易產生過飽和反應,容易造成產品表面的游離酸堿值不穩定,同時產品中容易帶入煤灰等雜質。


                 3、濕法超細研磨重質碳酸鈣在粉末涂料中的應用

          在粉末涂料的生產中,出于成本方面的考慮,通常會在配方設計中添加一些填料以降低成本。


                 粉末涂料中常用的填料為硫酸鋇,但硫酸鋇礦床普遍含有一定量的重金屬元素,在生產過程中很難將其分離出來,且鋇元素本身已經被歐盟和美國定義為一種重金屬元素。


                 這些因素都影響了硫酸鋇在粉末涂料中的應用。而重質碳酸鈣是由天然方解石、白云石等礦石直接加工制得,不含重金屬物質,且碳酸鈣原礦資源豐富,價格低廉。因此,已被廣泛應用與粉末涂料中。


                 3.1 碳酸鈣在粉末涂料中的作用

                 在粉末涂料中起骨架作用,增加漆膜厚度,提高涂層的耐磨性和耐久性??山档屯苛系某杀?,提高粉末涂料的上粉率和噴涂面積。


                 3.2 實驗部分


                 3.2.1 原材料及配方

                 為充分驗證不同細度濕法重質碳酸鈣在粉末涂料中的應用性能,我們選擇干法重鈣、輕質碳酸鈣等填料與其進行對比性實驗,實驗配方見表1。


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                 3.2.2 不同填料的物理性能測試結果

                 按HG/T3249.2-2008 標準測試了CC-2500、CC-3000、CC-6000,按HG/T2226-2010 標準測試了輕質納米鈣,測試結果如表2 所示。


                 其中CC-2500 為公司采用干法研磨生產的2500目產品;CC-3000 和CC-6000 為公司采用濕法研磨生產的產品;輕質納米鈣為國內某大型輕鈣生產企業生產的輕質納米鈣。

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                 從表2 的結果可以看出,CC-6000 產品的細度是較細的,其比表面積也是較大的。


                 由于越細的粉體更容易將每一個粒子的效應更好的發揮出來,其所表現出來會具有更高的透光性和力學性能,由于CC-6000 為濕法研磨的超細碳酸鈣,其粒子的形狀均勻規則,應用于粉末涂料中應具有更高的光澤。


                 3.2.3 不同填料應用于粉末涂料中的性能測試

                 按表1 的實驗配方添加不同的填料制備成粉末涂料,測試結果見表3。


                 表3 不同填料應用于粉末涂料中的測定結果

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                 由表3 的結果可以看出,濕法碳酸鈣應用于粉末涂料中時,隨著細度的增加,其光澤呈現上升的趨勢;而輕質納米鈣由于其吸油量較大,因此不適用于高光產品中;且其耐沖擊性能不如濕法碳酸鈣。


                 4、結語

                 濕法研磨超細重質碳酸鈣由于其粒徑細、粒子形貌均勻規則,為球形或近似球形,可以廣泛應用于涂料,塑料、橡膠、油墨等行業中;


                 應用于粉末涂料中,濕法研磨超細重質碳酸鈣可制備高光粉末涂料,其綜合性能比輕質碳酸鈣好,在一些要求無重金屬含量的領域,可用碳酸鈣代替硫酸鋇的使用,其主要應用與室內家電、嬰兒玩具等領域的涂裝。


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