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幾種非金屬礦物在建筑涂料中應(yīng)用分析
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http://shiquanmuye.com 發(fā)稿日期:2008-2-26
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1 引言
建筑涂料作為建筑物的裝飾、保護(hù)材料涂刷在建 筑物表面，要求有一定的細(xì)度、附著力、遮蓋力、耐沾污 性、耐洗刷性、耐老化性、耐熱性、流平性、較短的干燥 時(shí)間、適宜的最低成膜溫度等。當(dāng)以常規(guī)的配方制備的建筑涂料達(dá)不到要求的性能時(shí)，就要求對(duì)其進(jìn)行改 性。由于非金屬礦物具有其他礦物材料所不具備的多種特性，如可塑性、黏性、高強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性等，因而人們?cè)谥苽浣ㄖ苛蠒r(shí)，常加入各種非金屬礦物材料， 用于改善或增強(qiáng)涂料某方面的性能，同時(shí)還可以降低 涂料的成本。
在建筑涂料的改性制備中，常用的幾種非金屬礦物有膨潤(rùn)土、硅藻土、高嶺土及累托石等。膨潤(rùn)土是以蒙脫石為主要成分，并與眾多礦物如高嶺石、水鋁英石 和綠泥石等伴生的一種非常重要的黏土礦物；硅藻土是一種水合 Mg 、 Al 、 si 的黏土礦，主要成分為高嶺 石、水云母、蒙脫石和少量的石英、長(zhǎng)石及有機(jī)物質(zhì) ；高嶺土是以高嶺石為主體，由多種黏土礦物組成的含水鋁硅酸鹽混合體；累托石是一種由類(lèi)云母單元層和 蒙脫石單元層在特殊自然條件下構(gòu)成有序混層結(jié)構(gòu)的 稀有黏土礦物。
2 非金屬礦在建筑涂料改性中的應(yīng)用
2.1 改善涂料的分散性、穩(wěn)定性
膨潤(rùn)土系層狀硅酸鹽礦物，具有優(yōu)良的親水性，與 適量的水結(jié)合成膠體狀，在水中能釋放出帶電微粒，這種微粒的電斥性使之在涂料中具有良好的分散、懸浮、 穩(wěn)定等特性，因此常用于涂料中作分散劑。
以膨潤(rùn)土、水玻璃和水等為原料制備水性內(nèi)墻涂料。試驗(yàn)表明，在水性內(nèi)墻涂料中加入適量的膨潤(rùn)土制備出的涂料比一般涂料分散更均勻 ( 不易沉淀 ) ，更耐水，涂膜更平整、光滑、均勻，保色性、耐候性更好。蒙脫石礦物晶體構(gòu)造屬 2 ：1 型層狀硅酸鹽， 構(gòu)造單元層是由兩片 (Si — Al) -O 四面體和中間一片 [Al(Mg ， Fe)— (O ， OH)] 八面體組成，結(jié)構(gòu)單元層中存 在著陽(yáng)離子異價(jià)類(lèi)質(zhì)同象置換，使得蒙脫石晶胞像一個(gè)帶電的“大陰離子”，具有吸附陽(yáng)離子的能力，但是陰 陽(yáng)離子問(wèn)的束縛力較弱，這些陽(yáng)離子可以交換。正因如此，蒙脫石可與涂料成膜物中的有機(jī)分子中的極性基團(tuán)生成“蒙脫石一有機(jī)分子”復(fù)合物，這種復(fù)合物一旦生成后不可逆轉(zhuǎn)，失水后成為疏水性物質(zhì)，因而增加了涂膜的耐水性。
以聚乙烯醇 (PVA) 、輕質(zhì)碳酸鈣、滑石 粉、膨潤(rùn)土、適量助劑為原料制成了涂料。試驗(yàn)結(jié)果表明，加了膨潤(rùn)土的涂料和未加膨潤(rùn)土的涂料相比，耐水性由 1 d 變?yōu)?7 d ，涂膜由掉粉變成了不掉粉。高嶺土作為涂料的添加劑，能改善涂料體系的貯存穩(wěn)定性、涂刷性；改善涂層的抗吸潮性、抗沖擊性等機(jī)械性能；改善顏料的抗浮色和發(fā)花性 。
用水洗高嶺土、鈦白粉、碳酸鈣、成膜助劑等多次制備建筑涂料。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用高嶺土制得的涂料在長(zhǎng)時(shí)間貯存后，其表面未發(fā)現(xiàn)其他乳膠涂料常見(jiàn)的分水現(xiàn)象。
試驗(yàn)還測(cè)得，含有 15%高嶺土的乳膠涂料的觸變指數(shù)為 3 .8 ，而用等量的碳酸鈣取代高嶺土后制得的乳膠涂料的觸變指數(shù)為 2.5 ，這說(shuō)明含有高嶺土的涂料具有良好的觸變性、貯存穩(wěn)定性。這樣在施工時(shí)就不會(huì)流掛，并具有良好的流平性。采用高嶺土作添加劑，有助于滿足對(duì)涂料提出的日益嚴(yán)格的性能和耐久性方面的要求。當(dāng)制備低 VOC 、高固體分涂料而要求更薄和無(wú)疵平滑、光亮的涂膜時(shí)，尤其需要高嶺土作添加劑。
由于累托石黏土顆粒極細(xì)，其鋁硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)中 si-O 四面體與 Al-O 八面體片中的羥基或氧原子和有機(jī)硅樹(shù)脂中的烷氧基或環(huán)氧樹(shù)脂中的羥基及環(huán)氧基形成氫鍵，形成交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得累托石礦物與涂料中有機(jī)物彼此聯(lián)結(jié)，使體系的黏度和稠度增加，起到防止或減緩?fù)苛现蓄佁盍系V物沉降的作用。
以有機(jī)硅樹(shù)脂、鈦白粉等為原料，以鈣基累托石取代部分填料制備有機(jī)硅樹(shù)脂涂料，將制得的涂料干燥，成膜后在 200 ℃ 下烘烤 3 h 。試驗(yàn)表明，鈣基累托石用于高溫涂料，涂層附著牢固，無(wú)起泡脫落現(xiàn)象，且放置過(guò)程比較穩(wěn)定，不沉淀結(jié)塊，涂層外觀質(zhì)量明顯改善。經(jīng)鈉化改型的累托石分散于水中，其電動(dòng)電位增大，顆粒不易絮凝而具有良好的懸浮效果。以累托石為懸浮劑制備涂料 ] ，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證實(shí)，累托石在涂料中的懸浮性和觸變性好，涂料的流平性、涂刷性、防開(kāi)裂性、涂層表面強(qiáng)度和耐高溫性等指標(biāo)均優(yōu)于以膨潤(rùn)土作懸浮劑配制的涂料。
2 ． 2 提高涂料的遮蓋力
作為白色填料，高嶺土本身并沒(méi)有遮蓋力，但以一 定的比率加入到涂料中，則可起到增量劑的作用，提高 涂料的遮蓋力。高嶺土添加劑已在幾乎所有類(lèi)型的水性和溶劑型涂料中被用于對(duì)多種顏料的改性。有一個(gè)制造商在一種建筑用醇酸漆中以一種高亮度細(xì)粒高嶺土添加劑取代了 8 %-10%的各色顏料，結(jié)果油漆 性能幾乎未發(fā)生任何變化。
美國(guó) Engelhard 公司以一種明亮型細(xì)粒高嶺土產(chǎn)品取代了 17%的酚菁綠顏料和 14%的鈦白，所得涂層具有高反射率和顏色強(qiáng)度。這是因?yàn)�，高嶺土粒子改善了顏料粒子之間的問(wèn)隔。以高嶺土為基礎(chǔ)的顏料具有不降低遮蓋力、光澤、硬度、柔韌性和其他性質(zhì)，還能使其性能得到改善的能力。
從礦源選擇、加工方法、配方改進(jìn)等方 面入手，做了一系列試驗(yàn)，分別用高嶺土和碳酸鈣在水性涂料中代替 15%的鈦白粉，最后結(jié)果顯示，在很大的顏料體積濃度范圍內(nèi)，采用高嶺土取代 15%的鈦白粉，涂料體系的遮蓋力基本沒(méi)有改變；在相同的用量下，高嶺土比碳酸鈣具有更佳的遮蓋力。
2.3 制備特殊功能的涂料
由于硅藻土多孔，因而具有吸濕和放濕的呼吸功 能以及優(yōu)良的吸附性能。由合成樹(shù)脂和硅藻土組成涂 料，當(dāng)涂膜表面的溫度低于露點(diǎn)時(shí)，可迅速吸收大量的濕氣或結(jié)露水；而當(dāng)高于露點(diǎn)時(shí)，能迅速釋放吸收的水分，從而有效地防止墻面和天花板等處產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象，起到自動(dòng)空調(diào)的作用。
日本報(bào)道利用硅藻土成功研制了幾種環(huán)保建材， 一 是用經(jīng)高溫燃燒后的硅藻土多孔粉加熱烘干，分級(jí)后制備成內(nèi)墻涂料，能有效地調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣的濕度；二是將一種經(jīng)熔融處理的改良水泥混入硅藻土，并按 0 .3%-0 .5%的配比往混合物中添加水，把它涂抹在內(nèi)墻尤其是廁所的墻面上，具有明顯的除臭功效 1131 。瑞典弗倫高技術(shù)公司也利用硅藻土本身有數(shù)目為活性炭數(shù)千倍的超微細(xì)孔，研制成一種能吸收難聞氣味的墻壁涂料，把硅藻土加入灰泥中，涂抹在墻上，具有吸臭作用。
除了上述作用之外，在涂料中加入硅藻土，還可控制涂料的光澤度。昆明某研究單位研制成一種硅藻土內(nèi)墻涂料，其特點(diǎn)是墻面不反光，室內(nèi)光線柔和，而 且內(nèi)墻的顏色可隨審?fù)淖兓淖儭?/P>2 ． 4 降低涂料成本
在涂料中加入適量的改型鈣基膨潤(rùn)土后發(fā)現(xiàn)涂料中基料的用量降低了 1/3- 1/2 ，從而大大降低了涂料的成本。
在涂料中加入一定量的高嶺土取代昂貴的鈦白粉來(lái)提高涂料的遮蓋力，這樣也降低了涂料的成本。在以聚乙烯醇 (PVA) 為主要成膜物的水性涂料中，由于高嶺土與聚乙烯醇的聚合作用可以增加涂膜強(qiáng)度，因而可以減少聚乙烯醇用量，使涂料成本降低約 400 元/t 。
3 結(jié)論與展望
隨著房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，全球?qū)ㄖ苛系男枨罅吭絹?lái)越大，有資料顯示， 2005 年全球建筑涂料的需求 量高達(dá) 3 000 萬(wàn) t 左右，與此同時(shí)，人們對(duì)建筑涂料品 質(zhì)、功能性的要求也越來(lái)越高，高性能、高檔次、高性價(jià)比的涂料越來(lái)越受到人們的歡迎。譬如說(shuō)對(duì)環(huán)保要求的提高，需要開(kāi)發(fā)出具有抗污染及治理污染物性能的建筑涂料。
非金屬礦物材料由于其在晶體結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)性質(zhì)方面的獨(dú)特性質(zhì)，所以在建筑涂料性能的提高方面具有較大的應(yīng)用，例如在膨潤(rùn)土上覆蓋具有反應(yīng)活性的材料，使建筑涂料具有抗菌性能及去除有機(jī)污染物的性能等。
綜合上述分析可知，膨潤(rùn)土、硅藻土、高嶺土、累托石等非金屬礦物在建筑涂料中具有各自特殊的用途。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)這幾種非金屬礦產(chǎn)資源研究的逐步深入，其用途將被不斷地開(kāi)發(fā)完善，其在建筑涂料改性中將有著廣闊的應(yīng)用前景。
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