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幾種非金屬礦物在建筑涂料中應用分析
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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、保護材料涂刷在建 筑物表面，要求有一定的細度、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 時間、適宜的最低成膜溫度等。當以常規(guī)的配方制備的建筑涂料達不到要求的性能時，就要求對其進行改 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、高強度和化學穩(wěn)定性等，因而人們在制備建筑涂料時，常加入各種非金屬礦物材料， 用于改善或增強涂料某方面的性能，同時還可以降低 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土、硅藻土、高嶺土及累托石等。膨潤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、長石及有機物質 ；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；累托石是一種由類云母單元層和 蒙脫石單元層在特殊自然條件下構成有序混層結構的 稀有黏土礦物。
2 非金屬礦在建筑涂料改性中的應用
2.1 改善涂料的分散性、穩(wěn)定性
膨潤土系層狀硅酸鹽礦物，具有優(yōu)良的親水性，與 適量的水結合成膠體狀，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。
以膨潤土、水玻璃和水等為原料制備水性內墻涂料。試驗表明，在水性內墻涂料中加入適量的膨潤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。蒙脫石礦物晶體構造屬 2 ：1 型層狀硅酸鹽， 構造單元層是由兩片 (Si — Al) -O 四面體和中間一片 [Al(Mg ， Fe)— (O ， OH)] 八面體組成，結構單元層中存 在著陽離子異價類質同象置換，使得蒙脫石晶胞像一個帶電的“大陰離子”，具有吸附陽離子的能力，但是陰 陽離子問的束縛力較弱，這些陽離子可以交換。正因如此，蒙脫石可與涂料成膜物中的有機分子中的極性基團生成“蒙脫石一有機分子”復合物，這種復合物一旦生成后不可逆轉，失水后成為疏水性物質，因而增加了涂膜的耐水性。
以聚乙烯醇 (PVA) 、輕質碳酸鈣、滑石 粉、膨潤土、適量助劑為原料制成了涂料。試驗結果表明，加了膨潤土的涂料和未加膨潤土的涂料相比，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。試驗發(fā)現(xiàn)，使用高嶺土制得的涂料在長時間貯存后，其表面未發(fā)現(xiàn)其他乳膠涂料常見的分水現(xiàn)象。
試驗還測得，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。這樣在施工時就不會流掛，并具有良好的流平性。采用高嶺土作添加劑，有助于滿足對涂料提出的日益嚴格的性能和耐久性方面的要求。當制備低 VOC 、高固體分涂料而要求更薄和無疵平滑、光亮的涂膜時，尤其需要高嶺土作添加劑。
由于累托石黏土顆粒極細，其鋁硅酸鹽礦物結構中 si-O 四面體與 Al-O 八面體片中的羥基或氧原子和有機硅樹脂中的烷氧基或環(huán)氧樹脂中的羥基及環(huán)氧基形成氫鍵，形成交織網狀結構，使得累托石礦物與涂料中有機物彼此聯(lián)結，使體系的黏度和稠度增加，起到防止或減緩涂料中顏填料礦物沉降的作用。
以有機硅樹脂、鈦白粉等為原料，以鈣基累托石取代部分填料制備有機硅樹脂涂料，將制得的涂料干燥，成膜后在 200 ℃ 下烘烤 3 h 。試驗表明，鈣基累托石用于高溫涂料，涂層附著牢固，無起泡脫落現(xiàn)象，且放置過程比較穩(wěn)定，不沉淀結塊，涂層外觀質量明顯改善。經鈉化改型的累托石分散于水中，其電動電位增大，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)場試驗證實，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、防開裂性、涂層表面強度和耐高溫性等指標均優(yōu)于以膨潤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型的水性和溶劑型涂料中被用于對多種顏料的改性。有一個制造商在一種建筑用醇酸漆中以一種高亮度細粒高嶺土添加劑取代了 8 %-10%的各色顏料，結果油漆 性能幾乎未發(fā)生任何變化。
美國 Engelhard 公司以一種明亮型細粒高嶺土產品取代了 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度。這是因為，高嶺土粒子改善了顏料粒子之間的問隔。以高嶺土為基礎的顏料具有不降低遮蓋力、光澤、硬度、柔韌性和其他性質，還能使其性能得到改善的能力。
從礦源選擇、加工方法、配方改進等方 面入手，做了一系列試驗，分別用高嶺土和碳酸鈣在水性涂料中代替 15%的鈦白粉，最后結果顯示，在很大的顏料體積濃度范圍內，采用高嶺土取代 15%的鈦白粉，涂料體系的遮蓋力基本沒有改變；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。由合成樹脂和硅藻土組成涂 料，當涂膜表面的溫度低于露點時，可迅速吸收大量的濕氣或結露水；而當高于露點時，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生結露現(xiàn)象，起到自動空調的作用。
日本報道利用硅藻土成功研制了幾種環(huán)保建材， 一 是用經高溫燃燒后的硅藻土多孔粉加熱烘干，分級后制備成內墻涂料，能有效地調節(jié)室內空氣的濕度；二是將一種經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墻涂料，其特點是墻面不反光，室內光線柔和，而 且內墻的顏色可隨審湍變化而改變。2 ． 4 降低涂料成本
在涂料中加入適量的改型鈣基膨潤土后發(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 結論與展望
隨著房地產業(yè)的發(fā)展，全球對建筑涂料的需求量越來越大，有資料顯示， 2005 年全球建筑涂料的需求 量高達 3 000 萬 t 左右，與此同時，人們對建筑涂料品 質、功能性的要求也越來越高，高性能、高檔次、高性價比的涂料越來越受到人們的歡迎。譬如說對環(huán)保要求的提高，需要開發(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構、物理和化學性質方面的獨特性質，所以在建筑涂料性能的提高方面具有較大的應用，例如在膨潤土上覆蓋具有反應活性的材料，使建筑涂料具有抗菌性能及去除有機污染物的性能等。
綜合上述分析可知，膨潤土、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。隨著科學技術的發(fā)展，對這幾種非金屬礦產資源研究的逐步深入，其用途將被不斷地開發(fā)完善，其在建筑涂料改性中將有著廣闊的應用前景。
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