Карбонат кальция — один из наиболее широко используемых минеральных наполнителей в лакокрасочной промышленности, ценимый за низкую стоимость, доступность и универсальность. Выпускается в нескольких формах. Молотый карбонат кальция (GCC), Осажденный карбонат кальция (PCC)и все чаще ультратонкий и нанокарбонат кальция — Он выполняет двойную функцию в архитектурных красках, промышленных покрытиях и антикоррозионных системах, одновременно улучшая два важнейших показателя эффективности: устойчивость к погодным условиям и устойчивость к пятнам.
В этой статье подробно рассматриваются механизмы, лежащие в основе обоих улучшений, сравниваются характеристики различных марок карбоната кальция и представлено измельчающее оборудование, позволяющее получать высококачественный карбонат кальция для покрытий.
Как карбонат кальция улучшает атмосферостойкость покрытий
Нарушение атмосферостойкости наружных покрытий обычно проявляется в виде деградации смолы под воздействием УФ-излучения, образования мелового налета, потери блеска, пожелтения, растрескивания и образования порошка. Карбонат кальция устраняет эти виды повреждений благодаря трем синергетическим механизмам: плотному физическому заполнению, оптической УФ-стабилизации и химической буферизации pH.
Плотная подача материала уменьшает пористость пленки и препятствует проникновению влаги.
В пленках из чистой смолы неизбежно присутствуют микроскопические капиллярные поры, которые позволяют дождевой воде, водяному пару, кислороду и кислотным дождям проникать внутрь покрытия. Это проникновение гидролизует связующее вещество смолы, вызывает коррозию подложки и ускоряет старение. Частицы карбоната кальция заполняют эти микроскопические пустоты, создавая более плотную и гладкую поверхность покрытия.
Сверхтонкие частицы карбоната кальция — размеры которых соответствуют межчастичным пространствам в матрице смолы — плотно укладываются и значительно уменьшают пористость пленки. Образующийся плотный барьерный слой ограничивает проникновение воды, кислот, щелочей и атмосферных коррозионных агентов, замедляя гидролиз смолы и откладывая образование пузырей и отслоение. В составах латексных красок сверхтонкий карбонат кальция (размер частиц менее 5 мкм) может уменьшить шероховатость поверхности покрытия до менее 0,3 мкм, значительно улучшая равномерность отражения света и обеспечивая показатель блеска при 60° выше 80.
Рассеяние УФ-излучения замедляет фотодеградацию смолы.
Органические смолы, такие как акриловые, полиуретановые и алкидные, поглощают УФ-излучение и подвергаются разрыву цепей, что приводит к образованию мелового налета и потере блеска. Хотя сам карбонат кальция слабо поглощает УФ-излучение, он оказывает сильное рассеивающее свет воздействие:
Равномерно распределенные по всей пленке частицы CaCO₃ микронного и наноразмера преломляют и рассеивают большую часть падающего УФ-излучения, уменьшая количество УФ-энергии, достигающей связующего вещества смолы.
Это замедляет фотоокислительное расщепление цепей, предотвращая образование мелового налета, потерю блеска и выцветание цвета на открытом воздухе.
В сочетании с диоксидом титана карбонат кальция обеспечивает синергетическую защиту от света, позволяя разработчикам рецептур снизить дозировку более дорогостоящего TiO₂, сохраняя при этом общую защиту от атмосферных воздействий.
Усовершенствованный пористый карбонат кальция с диаметром пор 100–300 нм может повысить эффективность рассеяния света до 300 Т/л. Добавление ориентирующих агентов, которые выравнивают пластинчатые частицы карбоната кальция параллельно, позволяет достичь эффективного показателя преломления 2,45, что дает возможность заменить диоксид титана на 60–80 Т/л, одновременно удовлетворяя требованиям к укрывистости высококачественных покрытий.
Буферизация pH нейтрализует кислотные дожди и загрязняющие вещества в атмосфере.
Карбонат кальция обладает слабощелочным действием и буферной способностью по отношению к кислотам и основаниям. Когда кислотные дожди и промышленный диоксид серы оседают на поверхности покрытия, CaCO₃ избирательно нейтрализует эти кислые вещества, защищая смолу от кислотной коррозии. Это предотвращает потерю блеска, появление пятен и микропор, которые в противном случае возникли бы в результате кислотного травления, тем самым продлевая срок службы при эксплуатации на открытом воздухе.
Жесткий наполнитель повышает механическую прочность пленки и предотвращает ее растрескивание.
В качестве жесткого неорганического наполнителя карбонат кальция повышает твердость пленки и модуль упругости при растяжении. При воздействии экстремальных температур, ветра и солнечного излучения чистые мягкие смолы склонны к хрупкому растрескиванию. Диспергированные частицы карбоната кальция распределяют внутреннее напряжение, снижая риск растрескивания и расслоения пленки. Это обеспечивает целостность и непрерывность защитной пленки в течение длительного времени, косвенно поддерживая ее устойчивость к атмосферным воздействиям на протяжении всего срока службы покрытия.
Как карбонат кальция повышает устойчивость к пятнам
Основная логика устойчивости к загрязнениям проста: уменьшение пористости поверхности, повышение твердости поверхности, оптимизация микроструктуры поверхности и минимизация адгезии загрязнений. Карбонат кальция способствует достижению всех четырех аспектов.
Заполнение микропор предотвращает встраивание красителя.
Микропоры на поверхности являются основными местами адсорбции пятен. Масло, пыль, чернила и споры плесени проникают в эти поры, и их становится трудно удалить. Ультратонкий карбонат кальция заполняет промежутки между молекулами смолы, образуя более гладкую, плотную пленку с минимальной пористостью. Пятна остаются на поверхности, а не проникают внутрь, и их легко удалить влажной тканью, что значительно повышает устойчивость к истиранию и снижает вероятность появления пятен.
Повышенная твердость поверхности предотвращает появление царапин и скопление грязи.
Пленки из чистой смолы относительно мягкие; трение от пыли и песка на открытом воздухе приводит к образованию мелких царапин, в бороздках которых скапливается грязь, из-за чего поверхность со временем становится все более загрязненной. Жесткие неорганические частицы карбоната кальция повышают твердость пленки по шкале Мооса, уменьшая образование мелких поверхностных царапин и устраняя микробороздки, в которых скапливается грязь. Пыль и порошок больше не въедаются в поверхность, а дождевая вода оказывает самоочищающий эффект.
Контролируемая шероховатость поверхности снижает адгезию загрязнений.
Правильно подобранное распределение частиц карбоната кальция по размерам создает микроповерхность с низкой адгезией. Гладкая, плотная пленка уменьшает площадь контакта с пылью и органическими загрязнениями, ослабляя силы молекулярной адгезии. Когда дождевая вода смачивает поверхность, она легче растекается и смывает загрязнения, усиливая гидрофобный эффект и облегчая очистку.
Снижение липкости пленки уменьшает прилипание пыли.
Низкокачественные смолы, как правило, размягчаются и становятся липкими при высоких температурах или длительном воздействии солнечных лучей, в результате чего пыль на открытом воздухе прочно прилипает к поверхности пленки. Карбонат кальция повышает температуру стеклования (Tg) покрытия, уменьшая склонность к размягчению и липкости при повышенных температурах, тем самым устраняя основную причину прилипания пыли.
Различия в производительности: GCC против PCC против нанокарбоната кальция
Не все марки карбоната кальция одинаково эффективны в покрытиях. Три основные категории значительно различаются по своему вкладу в устойчивость к атмосферным воздействиям и пятнам:
| Тип | Характеристики частиц | Вклад в устойчивость к атмосферным воздействиям | Вклад устойчивости к пятнам | Типичные области применения |
| Нано карбонат кальция | Чрезвычайно мелкий размер частиц; высочайшая плотность упаковки. | Максимально улучшена устойчивость к атмосферным воздействиям; повышается гибкость пленки, что предотвращает растрескивание. | Максимальная устойчивость к пятнам; максимально плотное покрытие поверхности. | Высококачественные краски для наружных стен, водорастворимые промышленные финишные покрытия |
| Сверхтонкий PCC | Контролируемая кристаллическая морфология (веретенообразная, кубическая); отличная диспергируемость. | Хорошая устойчивость к атмосферным воздействиям; гладкое, равномерное пленочное покрытие. | Исключительная устойчивость к истиранию и пятнам. | Краски для внутренних работ, устойчивые к пятнам |
| ГЦК (молотый карбонат кальция) | Низкая стоимость, высокая загрузочная способность; более крупный размер частиц. | Обеспечивает плотную барьерную функцию; базовое повышение устойчивости к атмосферным воздействиям. | Устойчивость к пятнам снижается при недостаточной тонкости помола. | Грунтовочные слои, экономичные краски для наружных работ. |
Рекомендации по разработке оптимальной производительности
Правильное диспергирование имеет решающее значение. Карбонат кальция необходимо тщательно диспергировать с помощью соответствующих диспергаторов. Агломерация частиц создает пустоты, которые снижают как устойчивость к атмосферным воздействиям, так и сопротивление пятнам.
Использовать в сочетании с другими добавками. Для систем, устойчивых к атмосферным воздействиям на открытом воздухе, используйте карбонат кальция в сочетании со светостабилизаторами и диоксидом титана. Карбонат кальция служит синергетическим светорассеивающим наполнителем.
Контролируйте уровень добавления. Избыток карбоната кальция снижает гибкость пленки и может вызывать растрескивание на открытом воздухе, фактически ослабляя устойчивость к атмосферным воздействиям. В наружных покрытиях общее содержание наполнителя из карбоната кальция обычно составляет от 201 до 451 тонны на тонну.
Модифицированный поверхностно карбонат кальция демонстрирует лучшие характеристики. Поверхностно-активированные марки обладают улучшенной совместимостью с полимерной матрицей, образуют более плотные пленки и обеспечивают превосходную водостойкость и устойчивость к пятнам по сравнению с немодифицированными марками.
Главный вывод: Устойчивость к атмосферным воздействиям обеспечивается многослойной защитной схемой: плотный барьерный слой блокирует воду, кислород и кислотные дожди; рассеивание света замедляет образование мелового налета и деградацию смолы; жесткое армирование наполнителем препятствует термическому растрескиванию; а щелочные компоненты нейтрализуют кислотную коррозию атмосферы. Устойчивость к пятнам достигается за счет заполнения микропор для предотвращения въедания пятен, повышения твердости поверхности для устранения грязи, застрявшей в царапинах, снижения сил адгезии на границе раздела и подавления липкости пленки — обеспечивая длительную и легкую очистку.
Порошок EPIC: Ваш партнер по оборудованию для измельчения карбоната кальция
Описанные выше преимущества в производительности в значительной степени зависят от качества порошка карбоната кальция, которое, в свою очередь, определяется используемым для его измельчения и классификации оборудованием. Компания EPIC Powder Machinery, расположенная в Циндао, Китай, обладает более чем 20-летним опытом в области обработки ультратонких порошков и предлагает полный спектр решений для измельчения карбоната кальция, разработанных с учетом требований лакокрасочной промышленности.
Линия по производству шаровых мельниц и классификаторов
Это основная рабочая лошадка для крупномасштабного производства карбоната кальция для покрытий. Система сочетает в себе оптимизированную шаровую мельницу (соотношение длины и диаметра, разработанное для достижения идеального выхода мелких частиц) с турбинным классификатором немецкой технологии — доступным в вертикальной и горизонтальной конфигурациях. Ключевые преимущества включают:
- Гибкий контроль размера частиц (D97: 5–75 мкм) для соответствия требованиям различных марок покрытий.
- Оптимизированная конструкция измельчительной камеры с футеровкой из высокоглиноземистой керамики для сохранения белизны продукта.
- Конструкция роторного классификатора природного газа обеспечивает повышенную точность и снижение энергопотребления.
- Замкнутый цикл работы, позволяющий избежать чрезмерного измельчения и максимизировать выход готовой продукции.
- Автоматизированная система контроля для обеспечения стабильного и воспроизводимого качества продукции.
Производственные мощности варьируются от малогабаритных моделей (диаметр цилиндра 1,5 м, 75 кВт) до крупных промышленных линий (диаметр 2,4 м, 400 кВт), обеспечивающих производительность от сотен килограммов до нескольких тонн в час.
Кольцевая валковая мельница
Для производителей, стремящихся к эффективному сухому измельчению карбоната кальция, кольцевая валковая мельница позволяет получать порошки с размером частиц D97 от 3 до 8 мкм (до 2500 меш), что делает ее идеальной для производства ультратонкого карбоната кальция для высококачественных лакокрасочных составов. Преимущества включают:
- Регулируемый размер частиц для соответствия различным требованиям к покрытию.
- Благоприятное распределение частиц по размерам и стабильность продукта.
- Более низкое энергопотребление по сравнению со струйным измельчением при эквивалентной тонкости помола.
- Широкое применение в качестве сырья для производства кальцита, мрамора, известняка и мела.
Струйная мельница для получения карбоната кальция сверхвысокой чистоты
Когда для покрытий требуется высочайшая чистота и мельчайшие размеры частиц (D97: 3–10 мкм), струйная мельница с псевдоожиженным слоем обеспечивает измельчение без загрязнений с использованием сжатого воздуха. Благодаря отсутствию движущихся частей в измельчающей камере, струйная мельница является предпочтительным выбором для получения наноразмерного и сверхбелого карбоната кальция, используемого в высококачественных наружных покрытиях.
Оборудование для модификации поверхности порошков
Как указано в приведенных выше рекомендациях по рецептуре, модифицированный поверхностно карбонат кальция обеспечивает значительно лучшие характеристики в покрытиях. Компания EPIC Powder предлагает четыре типа оборудования для нанесения покрытий/модификации, позволяющего получать активированный карбонат кальция с улучшенной диспергируемостью и совместимостью со смолами:
1. Турбо Мельница для высокоэффективного порошкового покрытия
2. Клеточная мельница для непрерывной модификации поверхности
3. Штифтовая мельница для точного нанесения покрытия
4. Трехвалковая лакировочная машина для модификации тяжелых условий эксплуатации
В этих системах на поверхность карбоната кальция наносится стеариновая кислота или связующие вещества, улучшающие гидрофобность и совместимость с органическими смолами, что напрямую приводит к образованию более плотных пленок и повышению устойчивости к пятнам, о которых говорилось ранее.
Воздушный классификатор
Горизонтальные многоступенчатые воздушные классификаторы серии ITC компании EPIC работают в замкнутом контуре с шаровыми мельницами для точного разделения карбоната кальция на узкие фракции по размеру частиц. Это гарантирует производителям лакокрасочных материалов получение порошка с постоянной тонкостью помола и распределением частиц, необходимыми для достижения плотной упаковки пленки, рассеяния УФ-излучения и устойчивости к загрязнениям, описанных в данной статье.
Интегрированные производственные линии для карбоната кальция, используемого в производстве покрытий.
Компания EPIC Powder разрабатывает комплексные производственные линии «под ключ», объединяющие измельчение, классификацию и модификацию поверхности в единую интегрированную систему. Эти линии развернуты по всему миру, включая линию сверхтонкого измельчения, классификации и модификации производительностью 5 т/ч во Вьетнаме и установку шаровой мельницы и классификатора с размером частиц 1200 меш в Ливии, что демонстрирует доказанную способность производить карбонат кальция для покрытий в промышленных масштабах.
Каждый проект начинается с анализа сырья и лабораторных испытаний, за которыми следует подбор оборудования и проектирование технологического процесса. Инженерная команда EPIC оказывает полную поддержку, начиная с производства оборудования и заканчивая установкой, вводом в эксплуатацию и обучением операторов.
Вам нужно высококачественное оборудование для измельчения карбоната кальция?
Независимо от того, производите ли вы карбонат кальция для экономичных грунтовок или нанокарбонат кальция для высококачественных наружных покрытий, компания EPIC Powder обладает технологиями измельчения, классификации и модификации, необходимыми для удовлетворения ваших требований. Имея более чем 20-летний опыт и установки в более чем 160 странах, мы предлагаем надежные и энергоэффективные решения, разработанные с учетом ваших потребностей в карбонате кальция для покрытий.
Эпический порошок
О компании EPIC Powder Machinery: Компания EPIC Powder Machinery, расположенная в городе Циндао, Китай, является ведущим производителем оборудования для сверхтонкого измельчения, классификации и порошковой окраски неметаллических минералов. Обладая более чем 20-летним опытом работы в отрасли, EPIC обслуживает клиентов в более чем 160 странах мира в отраслях переработки карбоната кальция, барита, каолина и доломита. Для получения дополнительной информации обращайтесь по указанным контактам. [email protected] или позвоните по номеру +86-15762272120.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с онлайн-представителем EPIC Powder. Зельда для любых дальнейших запросов».
— Эмили Чен, Инженер