Химически осажденный карбонат кальция (мел) как высококачественная функциональная добавка для органоразбавляемых и водно-дисперсионных красок

Наряду с тальком, каолином и слюдой карбонат кальция является самым важным наполнителем для эмульсионных красок наружного и внутреннего применения. В своей природной форме — это мел или микрокальцит (измельченный карбонат кальция) разного качества. Тонкокристаллический карбонат кальция (размер частиц — от 0,2 до 0,3 мкм) с улучшенным набором свойств может быть произведен только в процессе химического осаждения. Различные процессы осаждения хорошо известны из литературы [1, 2]. В зависимости от производственного процесса осажденный карбонат кальция может быть получен в форме кальцита (тригональные кристаллы) или арагонита (ромбические кристаллы) (рис. 1).

Рис. 1. Изображение под микроскопом природного мела (кальцита) и химически осажденного.

Наиболее важные, а следовательно, самые значимые свойства, в частности для использования в красках, приведены в международном стандарте DIN EN ISO 3262-6.

Ранее в СССР химически осажденный (ХО) мел использовали в лакокрасочной промышленности преимущественно в эмульсионных красках, но, как показал наш опыт, его можно применять и в органических системах. Предпочтение отдают частицам диаметром 0,4–3,0 мкм, оптимальным по своим светорассеивающим способностям. Пока это лучший компромисс по яркости, непрозрачности, низкому блеску в матовых красках, склонности к трещинообразованию, абразивности в сочетании с более грубыми наполнителями (плотность упаковки) и взаимодействию с TiO2 (эффект пространственного удержания) [3]. Многое зависит от формы кристаллов, распределения частиц по размерам, поверхностной обработки и, конечно, от производителя [4].

Обычными характеристиками ХО мела считаются чистота >99%, плотность 2,7 г/см3, размер 70% частиц <2 мкм для наполнителей и удельная площадь поверхности около 10 м2/г. Размер частиц значительно влияет на гладкость, блеск и механические характеристики лакокрасочного покрытия. Яркость химически осажденного мела должна быть выше 93%, а pH 1 моль Химически осажденного CaCO 3 в растворе 1 дм3 приблизительно равен 9. Средний размер частиц ХО мела, применяемого в качестве наполнителя должен находиться в диапазоне 0,4–3 мкм, его индекс преломления — 1,49–1,67, а удельная площадь поверхности — 4–11 м2/г. Узкие диапазоны распределения частиц по размеру (рис. 2) и более высокие показатели преломления ХО мела улучшают его светорассеивание.

Рис. 2 Синий линией указано распределение частиц у природного кальцита, зеленой и красной-химически осажденного.

Хорошо известно, что присутствие ХО мела повышает гладкость, яркость и непрозрачность покрытия. Диоксид титана (TiO2) из-за своего высокого показателя преломления широко используется в лакокрасочной промышленности в качестве белого пигмента, но это дорогой продукт. Поэтому CaCO3 используют в качестве основного добавочного соединения для уменьшения расхода более дорогостоящих пигментов, таких как TiO2 [5]. Благодаря размеру, а особенно форме частицы ХО мела заполняют промежутки между частицами TiO2 и улучшают эффективность его использования 6.

Рис. 3. Первый рисунок показывает частицы TiO2, которые склонны агломерироваться. Второй рисунок показывает распределение частиц TiO2 в системе с добавлением ХОМ. КПД каждой частицы TIO2 с ХОМ значительно увеличивается. Каждая частица TIO2 начинает отражать свет всей своей поверхностью.

Исходя из нашего опыта по введению в алкидные системы (ПФ-115) ХО мела в количестве 3–4% (в зависимости от объемной концентрации пигмента) с частичной заменой диоксида титана и полной заменой бентонита ХО мелом, блеск краски увеличился, яркость не снизилась, уменьшилась склонность к образованию осадка, себестоимость производства снизилась или осталась без изменения, а технологический процесс упростился. В связи с уменьшением количества диоксида титана в хроматических системах уменьшается количество используемых цветных пигментов, что также благоприятно сказывается на себестоимости краски.

Список литературы

1. Dedek J. Le Carbonate de chaux. — Лувен: Университет Librairie, 1966.
2. Kittel H. Lehrbuch der Lacke und Beschichtungen. — Stuttgart: Hirzel Verlag, 2003. — Bd. 5. — S.447–448.
3. Socal — Herstellung, Eigenschaften, Anwendung. — Solvay: Рейнберг, 1992.
4. https://alenmel.ru/stati/vsya-pravda-o-melovykh-dobavkah
5. SPO, 2001; Karakas et al.,
6. Stratton, Лакокрасочные материалы и покрытия. Теория и практика / Пер. с англ.; под ред. Р. Ламбурна. — СПб.: Химия, 1991.

Автор: Олег Дыдик, технолог по лакокрасочным материалам (Цветогамма Плюс).