无水硫酸钙部分替代钛白粉的应用

（荆门市磊鑫石膏制品有限公司 湖北荆门 448000）

摘 要: 目前钛白粉的价格居高不下，而且在国内钛复合颜料的研究尚处于起步阶段，钛白粉具有很多优势，但是其昂贵的价格让人们不得不考虑采用其它的产品来替代钛白粉。为了节省昂贵的钛白粉，降低成本，长期以来人们都积极地研究和开发利用高效价廉的体质颜料取代钛白粉，研究新的产品部分替代钛白粉势在必行。由于硫酸钙具有良好的白度以及胶凝性，硫酸钙可以部分替代钛白粉添加到白色橡胶中，最大替代量可以替代钛白粉用量的20%。

关 键 词:无水硫酸钙；替代；钛白粉

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

钛白粉是一种品质优良的白色粉末颜料，具有良好的光散射能力，因而白度好、着色力高、遮盖力强，同时具有较高的化学稳定性和较好的耐候性、无毒无味、对人体无刺激作用，广泛应用于涂料、塑料、造纸及油墨等工业领域。钛白粉具有很多优势，但是其昂贵的价格让人们不得不考虑采用其它的产品来替代钛白粉。为了节省昂贵的钛白粉，降低成本，长期以来人们都积极地研究和开发利用高效价廉的体质颜料取代钛白粉。

一、钛白粉替代品的开发应用

人们所开发的钛白粉代用颜料种类甚多，粗略地加以分类，主要有微细化的天然和人工合成的无机体质颜料、有机高分子聚合物塑性颜料、有机高分子聚合物中空微球不透明颜料等。这些代用品之所以能部分取代钛白粉，主要是因为它们能使涂膜中的钛白粉性能(主要是遮盖性能)得到更充分的发挥，故可用更少量的钛白粉，便能达到它在早先配方中的功能，即等于这些代用颜料使钛白粉发生了“增量”。

对于深色漆用量少、装饰性要求较高、保色性要求不高的内墙涂料，也可以考虑在保持遮盖力不变的条件下使用粒度较细的无水硫酸钙粉体部分替代TiO₂、CaCO₃、滑石粉等填料，以降低成本^[1]。

二、影响替代后钛白粉性能的因素

用增量剂来部分取代钛白粉时，必须坚持的原则是不能对材料的性能有太大的影响，如材料的不渗透性、耐磨擦性等。同时对钛白粉的性能也不能有太大的影响。影响替代后钛白粉性能的因素主要有以下几点：

2.1遮盖力

同样重量的涂料产品，在相同的施工条件下，遮盖力高的产品可比遮盖力低的产品涂装更多的面积。所以要求替代后的钛复合料的遮盖力不能明显的降低。

2.2白度

钛白粉作为白色的着色颜料，是涂料次要成膜物质，它能够赋予被涂物体表面光亮洁白的色彩。白度是影响钛复合料性能的重要因素。

2.3油分散性

钛白粉的油分散性在溶剂性涂料和塑料方面都非常受关注，它的优劣会大大影响生产工艺、生产设备和产品质量。油分散性也是影响钛复合料性能的重要因素。

2.4耐候性

材料如涂料、建筑用塑料、橡胶制品等，应用于室外经受气候的考验，如光照、冷热、风雨、细菌等造成的综合破坏，其耐受能力叫耐候性。材料的耐候性也是最终决定其品质好坏的原因。所以耐候性也是影响钛复合料性能的重要因素。

2.5替代品的粒度分布

根据大量实验证明，钛白粉替代品的粒度分布过大最终导致钛复合料的油分散性下降，因此，替代品的粒度分布要尽可能地均匀，增大产品的研磨强度，减小粒度分布宽度，提高油分散性。

2.6替代品的纯度

替代品种的杂质会降低最终复合料的遮盖力、白度、油分散性以及耐候性等，所以替代品的纯度也至关重要。

2.7其它影响因素

如替代品的吸油值以及钛复合料的制备工艺等都是影响钛复合材料性能的因素。

三、硫酸钙部分替代钛白粉的应用

早在20世纪20年代，世界钛白粉工业刚刚起步，1920年就生产了l000t含锐钛型TiO2 25%、硫酸钙75%的钛-钙型复合颜料。钛白粉在涂料中的应用最多，尤其是金红石型钛白粉，其综合物理化学性能比锐钛矿型钛白粉好，基本上全部用在涂料中。20世纪50年代的时候，含有50%金红石型TiO2和50%硫酸钙的另一种颜料又被引入市场。

由于硫酸钙具有很高的白度（能达到98，接近钛白粉），良好的油分散性、优异的耐候性以及均匀的粒度分布等，人们一直在研究其在替代钛白粉领域方面的应用。经美国USG石膏公司研究发现，用无水硫酸钙制备色母粒用于塑料着色时，对塑料制品的不透明度以及白度（L,a,b）影响非常小。无水硫酸钙在制备色母粒时部分替代钛白粉是可行的，无水硫酸钙最多可以替代钛白粉用量的20%。实践证明，通过间接煅烧制备的超细无水硫酸钙填料在凭借其良好的着色性能，窄粒度分布，以及非磨料的特性，能使美国的色彩制造商在不牺牲质量的前提下，减少制造成本。[2]

我们选取了两种色母料，一种采用高密度聚乙烯树脂制备，另一种采用高抗冲聚苯乙烯树脂制备。颜料和树脂的比例分别为58%和42%，然后硫酸钙部分替代钛白粉（金红石型），替代量分别为钛白粉用量的10%、15%、20%、25%。本试验中所用硫酸钙产品的有效成分CaSO4含量大于98%，最大粒径为20μm中等粒径为4μm主要测试制品的不透明度和白度。

高密度聚乙烯树脂（HDPE）、高抗冲聚苯乙烯树脂（HIPS）用高纯度硫酸钙代替钛白粉后不透明度的测试结果分别如图1、图2所示，白度测试结果分别如表1、表2所示。

从图1、图2可知，用高纯度硫酸钙代替钛白粉后对HDPE和HIPS制品的不透明度影响非常小。

表1高密度聚乙烯树脂（HDPE）：用高纯度硫酸钙代替钛白粉

表2高抗冲聚苯乙烯树脂（HIPS）：用高纯度硫酸钙代替钛白粉

从表1、表2可知，高密度聚乙烯树脂（HDPE）、高抗冲聚苯乙烯树脂（HIPS）用高纯度硫酸钙代替钛白粉后对制品的白度（L,a,b）影响非常小。  

小结：由上述试验表明高密度聚乙烯树脂（HDPE）、高抗冲聚苯乙烯树脂（HIPS）用高纯度硫酸钙代替钛白粉后的不透明度以及白度（L,a,b）影响均非常小。

硫酸钙与其它折射率高的颜料混用主要有三种形式：一是硫酸钙与其它颜料粉磨到一定粒度之后，直接混合均匀后作为颜料使用，这也是最早的使用方式。如硫酸钙和二氧化钛按一定比例其效果要比立德粉还要好并且经济，成为各种室内油性树脂涂装的主要白色颜料。表3是硫酸钙与二氧化钛混合物的部分物理性质。

表3复合金红石-硫酸钙颜料的一般物理性质

硫酸钙作为部分替代物，粒径很细，就能均匀的分散到漆料中，则涂抹平整、光滑如镜，光泽度就好；反之，粒径过粗，涂膜粗糙，光泽度就会降低，并会带有其他底色，着色后色调发暗。表6所示为不同波长下的白色颜料的最佳粒径。

表6不同波长下的白色颜料的最佳粒径/μm

四、硫酸钙、钛白粉的基础技术指标对比  

硫酸钙具有的高白度、良好的流动性、凝胶性、亲水性和耐候性使的其在建筑涂层行应用的很广泛。硫酸钙同碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、硫化锌、氧化锌等作为白色体质颜料在涂料、塑料、橡胶、造纸、油墨等中应用。其中在涂料中应用颜料的光学性质比较重要，如折射率、光泽度、和耐候性。表4是常用几种白色颜料的部分性质。

表4常用几种白色颜料的部分性质

硫酸钙、二氧化钛等无机填料都具有独特的物理化学性质，不仅可以降低高分子材料或高聚物基复合材料的成本，而且还能提高材料的刚性、硬度、强度、尺寸稳定性，赋予材料某些特殊的物理化学性能，如耐腐蚀性、阻燃性等。^[3-4] 硫酸钙、二氧化钛两者基本技术指标见表5。  

表5硫酸钙、钛白粉基础技术指标

小结

硫酸钙的折射率较低作为涂料时不透明度和遮盖力比二氧化钛和其它折射率高的颜料要低，但像二氧化钛等这种高折射率的颜料有耐候性不好，价格高等缺点。所以硫酸钙可以用来部分替代二氧化钛和其它高折射率的颜料用于涂料中，不仅可以改善其它颜料的不足还可以降低成本。

参考文献

[1] 高建纲,金盈,吴之传,王敏,梁修磊.硬石膏粉体为填料制备白色及彩色涂料初探[J].安徽工程科技学院学报,2009,24(3).

[2] 李敏,张晓莹.硫酸钙粉体填料在涂料中的应用综述[J]. 现代涂料与涂装,2012,5:18—19.

[3] 陈更新,周宇.非金属矿物填料在塑料工业中的应用现状与发展趋势[J].中国非金属矿工业导刊,2006,6:3—15.

[4] 唐伟佳,蒋顶军,吴汾.国外无机填料新产品及其应用[J].中国非金属矿工业导刊,2007,1:15—17.

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此文章已成功发表在《现代涂料与涂装》杂志2013年6月第六期，未以书面同意不得转载，违者必究！

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