Caolin în vopsele și lacuri
Revizuirea materialelor de publicare. Compilat de Yu K. Pirogov
Caolin este denumirea de zi cu zi a unui produs mineral care constă, în întregime sau parțial, din caolinit și silicat de silicat. Marca și mărcile clasificate de caolin pot conține cantități mici de silicați lamelari (mica, ilită, clorit, smectit) și cuarț. Cele mai multe dintre caolinele utilizate în industria vopselelor sunt spălate pentru a elimina aceste impurități minerale. Kaolinul are o structură plană, dar, spre deosebire de talc și mica, rolul său în acoperiri este determinat într-o măsură mai mare printr-o contribuție la proprietățile optice decât fizice ale acoperirilor.
Structura de caolinit poate fi descrisă ca un strat de inele de siliciu conectat la un strat de octaedru de aluminiu prin intermediul atomilor de oxigen, așa cum se arată în figura 1.
Particulele de caolinit formate bine au forma plăcilor hexagonale. În natură, aceste înregistrări sunt râvnite în "grămezi" sau "cărți". Deoarece particula individuală de caolinită are o suprafață conținând oxigen pe o parte și o suprafață de hidroxil pe cealaltă, este conectată ferm la particulele deasupra și dedesubt. Acest lucru face ca divizarea straturilor să fie un proces mai complex decât pentru alte materiale de umplutură silicat plat - talc și mica. Caolinul hidrofil este prin urmare ușor dispersabil în apă; pentru aplicații neapoase, compatibilitatea cu matricea este îmbunătățită prin tratamentul de suprafață.
Timbre caolin
Argilele de caolin sunt de obicei împărțite în argile dure și moi. în funcție de terminologia provenită din industria cauciucului. Argilele dure sunt caoline cu granulație foarte fin cristalizată, cu un diametru mediu sedimentar de aproximativ 0,2-0,4 microni. Acestea oferă proprietăți de întărire în cauciuc, dând compuși neabariți. Argilele moi sunt mai bine cristalizate, caolinuri, cu particule de circa 1,3 μm în diametru. Ele au un efect de întărire mai puțin, dând amestecuri mai moi.
Lacurile și vopselele de caolin sunt împărțite în cantități obișnuite (hidratate, fracționate în aer) și calcinate. Caolinii convenționali sunt nemodificați structural și își păstrează hidroxilii de suprafață hidrofil, i. E. apă de cristalizare. Cele mai multe caolinuri convenționale utilizate în acoperiri în SUA și Europa sunt spălate. Aceste grade sunt obținute prin dispersarea argilei în apă, urmată de centrifugare sau hidrociclonare pentru a îndepărta impuritățile și a obține distribuția dorită a dimensiunii particulelor. Suspensia purificată este fie deshidratată (pentru a îndepărta impuritățile solubile în apă) și este uscată sau concentrată la 60-85% materie uscată și este furnizată sub formă de pastă sau granule. Ștampilele șlefuite sunt deseori procesate pentru a îmbunătăți albul lor. Tratamentul include înălbirea chimică și / sau separarea magnetică de înaltă intensitate pentru a elimina impuritățile de fier, titan și alte coloranți.
Caolinul delaminat este obținut prin măcinarea fracțiilor grosiere obținute prin spălarea argilelor moi. În acest caz, stivele de caolinit sunt stratificate în plăci subțiri, largi individuale, luminozitatea, împrăștierea luminii și proprietățile de barieră se îmbunătățesc.
Calitățile de caolin marcate prin uscare sunt separate în fluxul de aer pentru a reduce cantitatea de impurități și pentru a obține distribuția dorită a dimensiunilor. Industria vopselelor și vopselelor utilizează doar o cantitate mică de caolin uscat, datorită caracteristicilor de culoare inferioare și abrazivității mai ridicate datorate impurităților.
Caolin calcinat este obținut prin tratarea termică a caolinului spălat și albite. Temperarea la temperaturi scăzute, la aproximativ 650-700 ° C, elimină hidroxilii structurali și dă metakaolin amorf. Greutatea specifică scade în timpul procesului de la 2,58 la 2,50, în timp ce duritatea și porozitatea și, prin urmare, și luminozitatea, împrăștierea luminii și capacitatea de ulei, cresc. Gelurile complet calcinate, cu luminozitate maximă și împrăștiere a luminii, sunt obținute atunci când sunt încălzite la 1000-1150 ° C. Această temperatură este suficientă pentru distrugerea completă a structurii amorfe, cu o creștere în consecință a proporției la 2,6-2,7, dar fără transformări mineralogice în mulitul (greutatea specifică a 2,6-2,7, duritate 6-7). Echilibrul de împrăștiere a luminii și luminozitatea poate fi modificat prin intermediul temperaturii, vitezei de încălzire și fluxurilor utilizate în procesul de calcinare.
Datorită influenței semnificative asupra proprietăților optice ale acoperirilor de caolin, caolinul disponibile într-un interval mai mare decât alte materiale de umplutură funcționale silicat calcinat pentru a oferi o gamă completă de cristalinitate și structura, dimensiunea particulelor, luminozitatea și culorile, opacitatea și proprietățile matisare. Kaolinele pot fi și mai diverse în ceea ce privește modificarea chimică. timbre acolo cu dispersanti acoperite pentru ușurința dispersiei în apă, precum și tratate cu silani sau stearații de compatibilitate îmbunătățită cu matrici organice.
Proprietățile și utilizarea caolinului
SUA este principalul furnizor de marcă de vopsele și vopsele de caolin, producând în prezent aproximativ 7,5 milioane tone / an, dintre care 45% sunt exportate. Consumul intern de caolin constă în aproximativ 64% spălat, 15% delaminat, 11% calcificat și 9% uscat. Aproximativ 66% din consumul intern este utilizat în producția de hârtie de acoperire (56%) și umplere (10%); următorul consumator este industria vopselelor și lacurilor cu 6%.
- Ucraineană 150-160 mii. T. (90-93%), inclusiv 120-140000. T. Caolin argilă pentru ceramică, materiale refractare și ciment, 2-3 mii. T. Suhoizmelchennogo caolin și peste 20 mii. T hidrocarbură de caolin pentru umplerea și acoperirea hârtiei;
- din Spania 0,6-1 mii tone (pentru ceramică);
- caolin calcinat și delaminirovanny importate din Germania, Anglia și Finlanda (re / SUA) 14-15 tone, în principal pentru companiile cu participare străină - .. hârtie (98-99%) și vopsea (cu 1%) industrii.
Spectrul de proprietăți ale diferitelor branduri de caolin este prezentat în tabelul 1.
Caolinul este utilizat în principal în rețeta vopselelor și vopselelor ca aditiv (distribuitor) de dioxid de titan în vopsele arhitecturale solubile în apă. Aici, caolinurile calcinate realizează de obicei proprietățile lor remarcabile - luminozitatea, distribuția dioxidului de titan și proprietățile de acoperire. Spalata și delaminirovanny caolin îmbunătățește parțial distribuția de dioxid de titan, crește ușor suprafeței de acoperire și poate fi utilizată pentru controlul luciului (mai mici dimensiunea particulei, cu atât mai mare luciu).
În ciuda faptului că industria vopselelor și lacurilor este interesată în special de proprietățile optice ale kaolinelor, acest mineral servește și ca umplutură funcțională. Caolinul este un material foarte dispersat, stratificat, inert din punct de vedere chimic. Are un pH neutru sau ușor acid, de dispersie apoasă de 10% și poate fi alimentat cu o distribuție predeterminată a dimensiunii particulelor. Kaolinele sunt utilizate pentru a îmbunătăți proprietățile tixotropice, fluiditatea, proprietățile de netezire, netezimea peliculei, rezistența filmului și rezistența la intemperii. Caolinurile întârziate sunt preferate pentru îmbunătățirea proprietăților de barieră, reducând decolorarea și durabilitatea generală a acoperirilor exterioare. Caolinurile calcinate, datorită creșterii durității acestora, măresc rezistența la uzură a acoperirilor. Tipurile de acoperiri care utilizează caolinuri sunt enumerate în tabelul 2.
Caolin ca un extindere a pigmenților
În optimizarea rețetelor de vopsea pentru a obține cel mai bun raport preț-calitate, alegerea unui prelungitor de caolin este decisivă, iar această alegere depinde de tipul de acoperire.
Vopsele cu o concentrație ridicată de pigmenți
Vopsele cu concentrație volum mare de pigment (PVC) mai mare decât concentrația critică volumului de pigment (CPVC), sunt economice și, de obicei, au o mare putere de acoperire la concentrații scăzute și foarte scăzute de TiO2. Capacitatea de acoperire este o proprietate decisivă a vopselelor cu PCR înalt, fiind reglată ca o concentrație de TiO2. și ambalarea materialului de umplutură. La această concentrație de TiO2 zona de contact „umplere-aer“, in multipli de umplere Extender este glavnyym opacitate regulator în filme de vopsea uscată. Prelungitoare cu o structură poroasă, cum ar fi caolin calcinat, oferă o suprafață de contact mare „umplere cu aer“ și, prin urmare, o mare putere de acoperire a acoperirilor.
Vopselele cu OCP sub culori critice, cum ar fi culorile strălucitoare și semi-plictisitoare, nu au o fază gazoasă în filme uscate. Aici, întreaga suprafață a particulelor solide udate cu liantul formând un film neted LK-acoperire, și care acoperă capacitatea este determinată în principal de particule de TiO2 și numai într-o măsură mai mică - închis micro particule cavitati caolin de aer. La orice concentrație de TiO2, capacitatea de acoperire este îmbunătățită atunci când se atinge expunerea maximă a suprafeței particulelor de TiO2 la lumină.
Utilizând caolin fin dispersat cu dimensiuni ale particulelor de ordinul a 0,2-0,4 μm (similar cu dimensiunea particulelor de TiO2), obținem distribuția optimă a volumului de particule de TiO2. prevenind aglomerarea și oferind o expunere maximă la lumină.
Alegerea extinderii este direct legată de proprietățile de bază care necesită îmbunătățirea sau reglarea în formularea vopselei.
Când se umple deasupra COC, culorile vor fi opace. Gradul de opacitate este determinat de reflexia luminii la 85 de grade, denumită strălucire. Umplute sub COCP, culorile sunt lucioase și pot fi semi-matte sau lucioase. Glossul este măsurat la unghiuri de reflexie a luminii de 60 sau 20 de grade. Luați în considerare utilizarea unui diluant de caolin adecvat în vopsele ușor lucioase. Scopul este de a îmbunătăți proprietățile de acoperire, de a păstra sau de a îmbunătăți alte proprietăți.
Pentru a obține un luciu scăzut în sistemele cu PCR înalt, se utilizează agenți de umplutură cu adaos de umplutură cu particule mari care afectează negativ proprietățile de acoperire.
Pentru a evita reducerea proprietăților de acoperire la o lucioasă scăzută, s-au dezvoltat caolinuri calcinate fin de înaltă puritate, de exemplu KAOKAL®. MIKAO® 03-98, MIKAO® 02-98. Suprafața structurată a particulelor de caolin calcinat dispersează eficient lumina, dând o reducere a strălucirii. În plus față de strălucirea scăzută și opacitatea ridicată, această structură de suprafață prezintă proprietăți excelente de finisare (diferența minimă de luciu cu grosimea diferită a stratului de vopsea).
Metoda de diluare subțire (1-3 μm prin metoda cu difracție laser) oferă o distribuție bună a TiO2. conducând la o putere de ascundere îmbunătățită. O structură unică a suprafeței elimină eficient lumina, dând un luciu scăzut. Caracteristicile comparative ale kaolinelor calcinate de diferite grade, precum și caolinul îmbunătățit KVF-90-1 sunt prezentate în Tabelul 3.
Odată cu creșterea cererii pentru nuanțe mai curate și cu albirea înaltă a vopselelor, au fost dezvoltate noi caolinuri calcinate cu luminozitate ridicată. Aceste grade cu luminozitate mai mare de 95% oferă nuanțe albastre sau neutre și opacitate excelentă a vopselelor, care pot fi obținute la costuri moderate.
concluzie
Formularea vopselelor poate fi optimizată cu o capacitate de ascundere îmbunătățită, menținând sau reducând costurile atunci când prelungitorul este selectat corect. Prețul unei vopsele de calitate depinde în mare măsură de cantitatea de TiO2 utilizată. Utilizând extensori adecvați pe bază de caolin calcinat pentru a îmbunătăți capacitatea de acoperire, reducând în același timp consumul de TiO2. obținem o reducere tehnologică condiționată a costurilor economice fără a agrava alte proprietăți importante ale acoperirilor de vopsele și lacuri. Înțelegerea relației dintre dimensiunea particulelor, forma, structura de suprafață și compoziția (prezența microcavități ascunse optic straturi neomogene și altele asemenea), absorbția de ulei și oferă flexibilitate posibilitatea retsepturschiku în obținerea proprietăților dorite pentru un cost dat.