硫酸钙晶须在涂料中的应用综述

（荆门市磊鑫石膏制品有限公司 湖北荆门 448000）

摘 要:硫酸钙晶须在涂料中的应用才刚开始起步，本文主要介绍了硫酸钙晶须及其制备原理，以及硫酸钙晶须在涂料中的应用现状。

关键词:硫酸钙晶须；涂料；油漆

Application and Summary of Calcium Sulfate Whisker in Coating

HUANG Ming-jie, ZHANG Xiao-ying, SHE Jing-li

(JingmenCityLeixin Gypsum Product Co.,Ltd., Jingmen448000,China)

Abstract: Application of calcium sulfate whisker in coating is just beginning. This paper mainly introduces calcium sulfate whisker and the principle of preparation, and application status of calcium sulfate whisker in coating.

Key words: calcium sulfate whisker; coating; paint

0引言

近年来，涂料行业的竞争己步入白热化阶段，如何进一步提高涂料性能、降低材料成本，成为涂料企业亟待解决的问题。硫酸钙晶须性能优异、价格低廉，具有极好的性价比，是一种市场前景广阔的新型材料，虽然硫酸钙晶须在其他行业的应用己颇具规模，但在涂料油漆中的应用研究才刚起步。

1硫酸钙晶须简介

硫酸钙晶须分为无水、半水、二水3种，其中无水硫酸钙晶须强度最高。硫酸钙晶须具有优良的力学性能，良好的相容性，优良的平滑性，再生性能好，毒性低，制造成本低，主要用于造纸、复合材料的增加组元、摩擦材料、环境工程过滤、沥青改性，以及提高涂料和油漆的附着力、耐温性及绝缘性。^[1]硫酸钙晶须的具体技术指标如表1所示。

表1硫酸钙晶须技术指标

硫酸钙晶须具有高强度、高模量、高韧性和高绝缘性，其耐磨耗、耐酸碱、抗化学腐蚀和红外线反射性能好，并具有阻燃性优良、易于表面处理、易与聚合物复合且相溶性好、分散均匀、微溶于水、pH接近中性等诸多优良的理化性能，是一种无毒、环保的新型材料。

硫酸钙晶须集增强纤维和超细无机填料于一体，既可作补强增韧剂或功能型填料，又可直接作为过滤材料、保温材料、耐火隔热材料、红外线反射材料和包覆电线的高绝缘材料等，和其他无机晶须相比，硫酸钙晶须是毒性最低、性价比极好的绿色环保材料。

2硫酸钙晶须制备

2.1原料

目前硫酸钙晶须的制备主要有两类：一种是以天然石膏为原料制得硫酸钙晶须，另一种是以工业废渣为原料制取硫酸钙晶须。其中以工业废渣为原料制得硫酸钙晶须的方法又有很多种，包括：以卤渣为原料制取硫酸钙晶须、以电石渣为原料制取硫酸钙晶须、以氨水废液及卤水为原料制备硫酸钙晶须、以柠檬酸渣为原料制备硫酸钙晶须、利用磷石膏制备硫酸钙晶须等5类。^[2]

2.2方法

以石膏为原材料，对其进行深加工，是制备CaSO₄晶须的主要途径^[3-4]。其方法主要有水压热法和常压酸化法。其中水压热法是将质量分数<2%的二水石膏悬浮液加到水压热器中处理，在饱和蒸汽压下，二水石膏变为细小针状的半水石膏，再经晶形稳定化处理，得到半水CaSO₄晶须，但是该方法生产成本高，应用受到限制。常压酸化法是指在一定温度下，高浓度二水石膏悬浮液在酸性溶液中可以转变成针状或纤维状半水CaSO₄晶须。

3在防水涂料中的应用

硫酸钙晶须能均匀地分散在油漆、涂料中，起着骨架作用而形成的复合体，其耐热、绝缘、抗开裂、附着力、粘接强度等性能，均会显著提高。

在聚氨酯防水涂料中一般要加入固体填料，固体填料可以在一定程度上提高涂膜的物理机械性能，同时添加固体填料硫酸钙晶须可以降低成本[5]。

陈小卫等[6]经过实验证明发现：在反应温度为75℃、反应时间为3.5h、组分中异氰酸酯基(NCO)质量分数为6.0%～7.5%、以辛酸亚锡为催化剂、辛酸亚锡质量分数为0.5%的条件下，硫酸钙晶须质量分数从5%逐渐增加到25%的过程中，涂膜的拉伸强度不断增大，但是当硫酸钙晶须的质量分数超过30%时涂膜的拉伸强度急剧降低；涂膜断裂伸长率随着硫酸钙晶须用量的增大而变小。综合考虑硫酸钙晶须最适质量分数为20%，此时涂膜的拉伸强度达7.2MPa，断裂伸长率达500%，制得的聚氨酯防水涂料性能最优异。

4在防火涂料中的应用

防火涂料是指涂装在物体表面，可防止火灾发生，阻止火势蔓延传播或隔离火源，延长基材着火时间或增加绝热性能以推迟结构破坏时间的一类涂料。国外在19世纪70年代就有了用灰泥、石膏、硫酸铝钒等与水调和的建筑防火涂料。

对于建筑火灾，火场温度大多在800~1200℃，在火灾发生的10min内，火场温度即达到700℃以上，对于裸露钢材，只要几分钟就可达到钢材临界温度。911事件后，钢结构的防火问题更加引起各国政府的重视。钢结构防火涂料有厚涂型和超薄型之分，其厚度分别为8~50mm，3~7mm和小于3mm，耐火时间为0.5~2.5h[7]。

钢结构防火涂料常用的防火填料有云母粉、滑石粉、石棉粉、高岭土、氧化锌、氢氧化铝、硼酸锌、偏硼酸钡、无机晶须等。对于防火涂料来说，其含无机填料的比例要适中，因为含量过高，会影响涂层的发泡高度，从而达不到隔热的目的，但少量的填料又不可或缺，因其可使泡沫层更致密，强度更好，从而提高其防火性能。

硫酸钙晶须有良好的耐高温性，熔点在1450℃，耐热性测试在1800℃下加热2小时仅失重0.75%，不会引起高温滑移的完整性，温度升高时，晶须不分解、不软化，其强度几乎没有损失，使得硫酸钙晶须在防火涂料中的应用成为可能。

5在粉末涂料中的应用

粉末涂料不含有机挥发性有机化合物(VOC)或水，具有无污染、高无机成分及节省能源等优点，正逐步取代传统的溶剂型涂料，被广泛应用于家电、汽车、办公用具、钢材和建筑领域。随着科技进步及市场发展，粉末涂料的应用越来越受关注[8-9]。晶须粉末涂料是通过硫酸钙晶须代替钛白粉、硅酸钙等来改善粉末涂料的性能及降低成本，由于各种晶须的性质不同，伴随的改性效果也不一样[10]。

温绍国等^[11]将硫酸钙晶须应用到粉末聚酯涂料中，制备出了最高使用温度达到350℃，附着力为0级，硬度、光泽度都较好的聚酯粉末涂料。

6在乳胶漆中的应用

张熠等^[12]实证表明：纯乳胶漆涂膜的附着力为6级，而加入0.5%的硫酸钙晶须后，涂膜的附着力提高到4级，并且继续增加硫酸钙晶须含量至2.5%，对漆膜附着力也没有影响。综上所述：在乳胶漆中加入硫酸钙晶须的质量分数为0.5%～2.5%时，能显著提高漆膜的对比率、弹性和耐洗刷性能，并可以降低漆膜的光泽。

7在内墙涂料中的应用

沈阳建筑大学，王博^[13]在一种建筑内墙涂料的抗菌剂及其制备方法的发明专利中提到，这种建筑内墙涂料的抗菌剂为人工生产的硫酸钙晶须，硫酸钙晶须在建筑内墙涂料的加入量为现有建筑内墙涂料总重量的2%~3%，其制备方法由以下步骤构成：先将98%纯度的工业硫酸钙溶于水；然后将硫酸钙溶液升温至90℃，在加温过程中不断投入98%工业硫酸钙，直到溶液饱和，停止加温；在溶液降温至85℃后，在溶液中投入纯度为99.9%的分析纯硫酸钙晶体粉末作为晶核，然后以0.3℃/分钟的速度对溶液缓慢降温，溶液中即可生长出长度在1~3cm不等的硫酸钙晶须，烘干后即可直接作为涂料抗菌剂使用。

8小 结

硫酸钙晶须的制备工艺中，所用的原材料均价廉易得，有些甚至是变废为宝，制备的硫酸钙晶须性能优异，作为一种新型的增强材料，具有高强、坚韧、耐热、耐磨、防腐、绝缘、导电、减振、阻燃等许多特殊的功能，具有极好的性价比，属于高性能、高附加值的石膏系列产品，具有广泛的应用和市场前景，使其在特种涂料中的应用有待于进一步研究。

参考文献

[1] 王泽红,韩跃新,袁致涛.CaSO4晶须制备技术及应用研究[J].矿冶,2005,14(2):38-41.

[2] 黄哲元,董发勤等.硫酸钙晶须的制备进展[J].无机盐工业,2009,41(8).

[3] 李爱玲.天然石膏及其开发利用研究进展[J].矿产与地质,2004,18(5):4982501.

[4] 韩跃新.石膏的应用及其深加工研究[J].矿产保护与利用,1998,(1):10213.

[5] 张季冰,徐忠珊.石油沥青聚氨酯防水材料甲乙组分的相容性研究[J]．新型建筑材料.2002.(5).20～23．

[6] 陈小卫,张良均,童身毅,刘文跃,胡飞.环保型高性能聚氨酯防水涂料的研制[J].弹性体,2009,(第2期).

[7] 邵如根.我国现行防火涂料标准及检验方法[J].化学建材,1998(4):22,32.

[8] 张捷,章晓斌,胡百九,等.家电环保型耐候粉末涂料的研究[J].涂料工业,2011,41(11):48-52.

[9] 施奇武,郭刚,颜家振,等.耐候型聚酯粉末涂料的研究进展[J].工程塑料应用,2008,36(3):78-82.

[10] 时虎,张锦丽,时晨旭,等.晶须材料在涂料中的应用[J].中国涂料,2007,22(5):54-56.

[11] 温绍国,宋诗高,王继虎,陈刚.硫酸钙晶须在聚酯粉末涂料中的应用[J].上海工程技术大学学报,2012,(第4期).

[12] 张熠,陈炳耀,陈明毅,陈炳强,谭学锋,何冬梅.硫酸钙晶须在乳胶漆中的应用[J].电镀与涂饰,2012,(第12期).

[13] 沈阳建筑大学.一种建筑内墙涂料的抗菌剂及其制备方法:中国,200510047776.X [P].2006-07-26.

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此文章已成功发表在《现代涂料与涂装》杂志2013年11月第11期，未以书面同意不得转载，违者必究！

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