性质优秀的重质碳酸钙，如何更好地应用于建筑涂料中？

为了改善建筑涂料的使用性能，人们常在生产时在其中加入各种填料。重质碳酸钙自身性质十分优秀，同时具有来源广泛、物美价廉等优点。介绍了重质碳酸钙的相关理化性质，探讨了其应用于建筑涂料中所起的效果，分析了目前行业的发展状况，并对重质碳酸钙作为颜填料应用于建筑涂料行业未来的发展进行了展望。

关键词：重质碳酸钙；建筑涂料；填料；颜料；应用

近几年受疫情影响，世界各国和各行业均备受打击。但是，全球化、城市化、生活水平和购买力的不断提高，基础设施的发展以及新兴经济体亟需建设超大城市等因素，对建筑涂料的需求反而产生了积极的影响。涂料是指涂敷于物体表面能形成完整的膜并能与物体表面牢固黏合的物质。以产品用途为主线，可划分为：建筑涂料、工业涂料、通用涂料及辅助材料。建筑涂料是涂料的一个应用领域，主要应用于建筑物的内墙面、外墙面、顶棚、地面以及建筑物内部有关部件和构件等处，起装饰、保护功能以及可能具有的其他特种功能。

我国作为全球最大的建筑涂料市场，产量超过欧洲或北美产量的总和。然而，在以往的关于改善涂料性能的研究中，人们往往更关注于配方的创新、技术的改善。颜填料作为涂料的一个重要的组成部分，其质量与数量在很大程度上决定了涂料本身的质量。

在常用的颜填料如钛白粉、碳酸钙、滑石粉、煅烧高岭土、硅酸铝等中，重质碳酸钙性能十分优越。POOMPRADUB等以没食子酸对重质碳酸钙进行改性，并将其应用于天然橡胶中，橡胶表现出了抗氧化性质。范天博等分别以磷酸二氢铵、四乙基溴化铵以及硅烷偶联剂为改性剂对重钙进行表面改性，提高了其补强性。王洪伟比较了重钙与轻钙应用于薄页印刷纸原纸中的不同效果，确定了其可以部分替代或完全替代轻钙应用于该产品中，降低成本。可见重钙是一种十分优质的填料，本文对重质碳酸钙在建筑涂料行业中的应用进行论述。

碳酸钙是一种重要的无机填料，广泛应用于橡胶、塑料、涂料、造纸等行业，在涂料中主要作为颜料与填料。根据生产方法的不同，可分为轻钙与重钙。重钙是重要的化工原料，具有颗粒形状不规则、粒径分布较宽、粒径较大等特点，广泛应用于涂料、纸张、橡胶、塑料等制品中，具有十分优越的性能。

1.1相关物性

晶体结构方面，主要以方解石的形式存在于石灰石、灰石、大理石等矿物中。颗粒形状方面，由于是采用机械法制备，因此大多为不规则的多棱角状，表面粗糙。粒径方面，大都在微米级以上。早期用于建筑涂料的重钙主要是粒度分别为200目(74μm)和325目(44μm)的单飞粉和双飞粉。随着超细粉碎机械的问世，如今已经发展出粒度在10μm以下的超细重质碳酸钙，如12500目(1μm)，大大扩展了其在建筑涂料中的应用24]。纯度方面，应用于涂料中时一般要求不低于97%。白度方面，一般要求不低于90%。应用于涂料中的重钙，水分不应高于0.5%，pH值应为8.0~9.0之间，吸油值应处于15~33mL·(100g)¹的范围之内。

1.2表面处理

重质碳酸钙在工业上面临的最严重的问题之一就是亲水性，极强的亲水性使得聚合物与填料颗粒表面的相容性差，因而导致二者之间的黏合力通常较弱。添加改性剂，以控制和影响碳酸钙颗粒的性质，可以显著改善这类状况。因此，在工业应用前，往往有必要用表面活性剂材料对碳酸钙颗粒进行表面有机改性。目前，改性工艺有干法改性、湿法改性和原位表面改性3种，改性材料主要有酞酸酯等偶联剂、脂肪酸等表面活性剂、油酸等不饱和有机酸、聚丙烯酸等水溶性高分子。

TORAMAN等研究了以硬脂酸为改性剂，在滚筒球磨机中对方解石型重钙进行干法细磨的表面改性，结果表明脂肪酸酐表面改性可以作为常规球磨机表面改性的替代方法。梁朝等研究了两种新型改性剂JST-9001、JST-9003聚氧乙烯醚型复合改性剂对重钙的表面改性效果，结果表明，低用量下新型改性剂可获得更加优异的改性效果。

建筑涂料一般由3部分组成：主要成膜物质、次要成膜物质和辅助成膜物质。重质碳酸钙应用于建筑涂料中时主要是作为次要成膜物质，即颜料与填料。

颜料就是能使物体染上颜色，在涂料中能够均匀分散，但并不溶于介质中的粉末状物质。重质碳酸钙属于无机颜料，应用于建筑涂料中时，由于吸油值相对较低，较高的硬度、白度和遮盖力能够赋予涂料成膜后较好的硬度、耐磨性。檀倩等采用液相机械力活化的方法制备了碳酸钙/TiO₂复合颗粒材料，在对材料进行了综合评价之后，得出了该复合颗粒材料具有类钛白粉的颜料性质的结论。KARAKA等研究了3种不同的颜料体积浓度下，以重质碳酸钙代替TiO₂填充于涂料中时对涂料的影响。结果表明，用重质碳酸钙取代TiO₂，对涂料的影响取决于颜料体积浓度值，在该值下存在最佳重钙添加量。此外，添加重钙会在一定程度上提高涂料的不透明度、耐擦洗性和黏度，而对涂料的光泽则几乎没有任何影响。CHEN等研究了一种两步包覆法制备碳酸钙基二氧化钛颜料(GCTD)的方法，使SiO₂成功地包覆在了重质碳酸钙颗粒的表面，而TiO₂又包覆在了SiO₂的表面。该颜料与普通复合TiO₂颜料(CTD)相比，遮盖力明显提高，但白度和透明度略有下降。

填料泛指被填充于其他物体中的物料。重质碳酸钙作为填料在各种建筑涂料中都有大量的应用，主要起降低成本和填充作用，此外还能够改善涂料的施工性能，如硬度、机械强度、遮盖力、耐候性等，且重钙价格低廉，我国相关资源十分丰富。QURESHI研究了重质碳酸钙作为涂料填料时，操作参数和粒径对乳胶漆物理性能的影响。结果表明，随着碳酸钙粒径的减小，乳胶漆在遮盖力、白度、光泽度、附着力等方面表现出更好的效果。ZHANG等研究了以贝壳粉重钙作为填料填充保温隔热涂料的可能性，结果表明，该涂料各项性能均能满足相关标准要求，且随着重钙粒径的减小，保温涂料的性能得到增强。为了提高添加该类填料的保温隔热涂料的性能，该团队又研究了煅烧温度对贝壳粉重钙及其填充涂料性能的影响。结果表明，煅烧的贝壳粉重钙具有作为填料制备实用涂料的潜力，且最佳处理温度为400℃。

2.1重质碳酸钙应用于内墙涂料

用于建筑物或构筑物内墙面装饰的建筑涂料称为内墙涂料。内墙涂料种类众多，近年来主要以丙烯酸酯乳液涂料为主，主要技术指标有施工性、低温稳定性、干燥时间、涂膜外观、对比率、耐碱性和耐洗刷性等。国家标准《室内装饰装修材料内墙涂料中有害物质限量》(GB18582—2008)、《合成树脂乳液内墙涂料》(GB/T9756—2018)规定了这些指标的相关标准。重质碳酸钙应用于内墙涂料中降低其成本的同时，又可改善其诸多性能，如遮盖力、耐候性、黏度、硬度、耐磨性、耐洗刷性、低温稳定性等。

甘昆秀等研究了将3种不同原矿所生产的超细重钙应用于内墙乳胶漆中时，对乳胶漆对比率、黏度及耐洗刷性等性能的影响。结果表明，大方解石加工生产的碳酸钙具有白度高、杂质元素含量少、粒子形貌均匀规则等特点，应用于内墙乳胶漆中时，涂料对比率、黏度及耐洗刷性能均优于由小方解石或白云石加工生产的重质碳酸钙。徐永华等研究了碳酸钙的纯度、细度等对无机内墙涂料稳定性、耐洗刷性、抗开裂性、遮盖力等各项性能的影响。结果显示，以白云石为原矿加工生产的重质碳酸钙，在无机内墙涂料中的稳定性较差，不宜应用在该体系中；而以方解石为原矿加工生产的重钙应用于该涂料中时则稳定性较好。梁涛等对内墙乳胶漆的配方进行了研究，讨论了重钙作为颜填料对内墙乳胶漆耐擦洗性能的影响。结果表明，重钙的粒径越小，吸油量越大，其耐擦洗性能下降，并进一步指出粒径大的重钙混合在很细的钛白粉中时可以充当骨架作用，并且由于吸油量小，使硬度变大，涂膜因此遮盖均匀。RENBEROLU研究了两种最常用的研磨助剂三乙醇胺(TEA)和单甘醇(MEG)，对水性内墙涂料中加入的重钙性能的影响。结果表明，研磨会使得胺类化合物在重钙表面有较多的黏附，这些化合物改变了重钙颗粒表面与黏合剂相互作用的官能团，将会对内墙涂料产生负面影响；相比之下，乙二醇化合物在重钙表面的黏附则较少，对最终产品性能的影响也小于胺类化合物。

2.2重质碳酸钙应用于外墙涂料

用于建筑物或构筑物外墙面装饰的建筑涂料称为外墙涂料。外墙涂料品种众多，近年来又发展出了许多新型的外墙涂料，主要技术指标有施工性、干燥时间、涂膜外观、对比率、耐水性、耐碱性、耐洗刷性、耐温变性等。国家标准《溶剂型外墙涂料》(GB/T9757—2001)、《合成树脂乳液外墙涂料》(GB/T9755)与国家化工行业标准《交联型氟树脂涂料》(HG/T3792—2005)等规定了这些指标的相关标准。重质碳酸钙吸油量比较低，对基料的需要量低，应用于外墙涂料中可起到降低成本、增加涂膜厚度、提高机械强度和耐磨性等作用。

吴成宝等研究了以不同重质碳酸钙粉为主要体质颜料的外墙涂料的白度、韧性、耐擦洗性。结果表明，白度方面，以高白度重质碳酸钙粉为体质颜料的涂料为最高；韧性方面，不同品种重质碳

酸钙粉为体质颜料的涂料相差不大；耐洗刷性方面，以品质好、细度小的重质碳酸钙粉为体质颜料的涂料为最好。黄约道等研发了一种耐老化外墙涂料，采用改性重钙与聚合物乳液以及蓝相调色剂相互配合的方式，使得涂料能够产生蓝相，面对日晒、风雨侵蚀时有极其稳定的性质。容七英等在研发一种绿色环保高耐候防辐射外墙涂料时，利用溴封端聚季铵盐和氨基封端聚醚胺改性重质碳酸钙，并将其应用于该涂料中，提高了体系的刚性、抗菌性能、防火性能以及耐磨性能。

2.3重质碳酸钙应用于地坪涂料

用于建筑物或构筑物地面涂装的建筑涂料称为地坪涂料。其主要有环氧耐磨地坪涂料、聚氨酯弹性地坪涂料、防滑地坪涂料和防静电地坪涂料4类。主要技术指标有涂膜外观、附着力、抗冲击性、耐磨性、干燥时间、拉伸强度、伸长率、耐水性和耐碱性等。现阶段我国地坪涂料的相关标准主要是针对检测环节，对于生产环节目前尚无国家标准或行业标准，生产商生产时一般都是各自参考其企业标准。由于地坪涂料填料的选择原则包括低吸油量、细度适中、性能稳定等，因此重质碳酸钙是一种很好的选择。目前重钙应用于地坪涂料中的研究较少，主要是作为填充材料，起到提高涂料的刚性、硬度、耐磨性、耐热性和制品的稳定性等作用。

陈军军等在研发一种水性环氧纹理阻燃地坪涂料时，以重质碳酸钙粉作为填料，同时结合环氧树脂、改性聚酰胺和聚丙烯酸酯，可有效将重钙粉和有机膨润土等包覆在网状立体聚合物内，不易导致磷氮复合阻燃剂流失，使地坪涂料固化后具有优异的阻燃性能。THONGPIN等在制备一种工业地坪用环氧涂料时，以YD-515环氧树脂为基体，用二氧化硅粉和重质碳酸钙作为增强填料来提高复合材料的冲击强度，并研究了添加不同量的重钙对涂料性能的影响。结果表明，重钙含量为15%(质量分数)的复合材料可作为R-7035的补充材料，具有良好的性能和经济效益。

2.4重质碳酸钙应用于功能型建筑涂料

2.4.1防水涂料

防水涂料是指形成的涂膜能有效防止雨水或地下水向建筑物内部渗漏的一类涂料。按照分散介质可分为水乳型和溶剂型两大类。主要技术指标有耐热性、不透水性、低温柔韧性、固含量、拉伸性能、黏结性等。由于防水涂料种类众多，因此对于不同类型的防水涂料，有不同的标准，如《聚氨酯防水涂料》(GB/T19250—2013)、《聚合物水泥防水涂料XGB/T23445—2009)、《喷涂聚脲防水涂料》(GB/T23446—2009)等。由于这类涂料一般涂膜较厚，因此不需使用钛白粉等昂贵的填料，廉价的重质碳酸钙等都可以提高涂膜的黏度，减少增稠剂的用量；但是由于自身密度大，沉降体积小，重钙应用于其中时又容易导致沉淀，影响产品的贮存。在这类涂料中，重钙的应用主要起到改善拉伸强度、断裂伸长率、黏度、延伸率等性能的作用。

廖丽等以阴离子乳化沥青为基础原料制备了高黏抗滑水性沥青防水涂料，该涂料采用重钙作为主体填料，易于分散又使涂料具备适宜的内聚强度和光泽，且储存稳定较好。刘晓东等讨论了填料种类对JS防水涂膜拉伸强度和断裂伸长率的影响。结果显示，当分别以重钙、石英粉作为填料时，涂膜在力学性能上有差别。分析认为可能是由于重钙自身的弱极性，使得其在涂料成型时有一定的活性作用，可调节水泥的水化速率及防水涂膜的成型过程。张鑫宇探讨了填料种类对聚合物乳液建筑防水涂料拉伸性能的影响。结果显示，以重质碳酸钙作为填料制备得到的防水涂料耐酸性能很差。当将重质碳酸钙与沉淀硫酸钡进行复配，再作为填料应用于防水涂料配方体系中时，聚合物分子能完全包覆住重钙粒子，同时可提升涂膜的耐酸性，使经过酸处理后的防水涂料断裂延伸率达到标准要求。

2.4.2防火涂料

防火涂料是指涂装在物体表面，能起到隔离火焰、推迟可燃基材着火时间、延缓火焰在物体表面传播速度或推迟结构破坏等作用的一类涂料的总称，根据防火机理可分为膨胀型和非膨胀型两类。膨胀型防火涂料作为被动型防火涂料，是一种最简单、最经济、最有效的阻断火灾快速蔓延的防火材料。但是对这类涂料来说，加入过量的颜填料会对涂层的膨胀起抑制作用，一般只添加极少量无机颜填料以满足遮盖力要求即可。因此重质碳酸钙主要是应用于非膨胀型防火涂料中。这类涂料的防火机理主要包括：涂层自身的难燃性或不燃性；在火焰或高温作用下分解释放出不燃性气体；在火焰或高温作用下形成不燃性的结构致密的无机釉膜层以隔绝氧气。重钙在这类涂料中的作用包括：降低有机涂层中聚合物的比例，减少涂层中能分解的可燃成分；自身受热分解，吸收大量热量降低被保护材料温度，同时不断分解产生二氧化碳阻隔火焰扩散；自身受热分解释放二氧化碳，降低可燃性气体及氧气浓度；由于自身偏碱性，可以调节涂料的酸碱性，防止偏酸性的涂料对基材的腐蚀。

黄嘉诚等以重钙作为填料研制了一种用于内墙的防火涂料，该涂料的特点是：当温度过高时，部分碳酸钙发生分解并产生二氧化碳以隔绝空气，且该反应为吸热反应，可进一步降低局部的温度。刘金德等发明了一种无机保温隔热防火疏水涂料，添加了重钙、甲酸钙、铝粉、水泥等组分。该涂料的特点在于：甲酸钙与水泥、无机硅溶液、碳酸钙等组分反应生热，促使铝粉膨胀产生微小气泡，同时使相变母料中的蛭石粉吸热膨胀，产生许多充满空气的空隙，降低整个涂层的热传导率。GARDELLE等评估了含有可膨胀石墨、有机黏土和重钙的可固化硅基涂料的火灾性能。结果表明，随着硅酸钙在高温下的形成，重钙提高了有机硅基体的热稳定性，使得在纤维素火灾中，硅酮树脂/可膨胀石墨/重钙基涂料表现出比硅酮树脂/可膨胀石墨基涂料更好的防火性能，并且具有与有机基膨胀涂料类似的绝缘性能。

建筑涂料的有效使用，能够使相关建筑工程项目的整体建设质量有所提升。颜填料作为涂料中的重要组成部分，对涂料各方面性能有着巨大影响。可以说，颜填料关系着建筑涂料的发展与未来。重质碳酸钙拥有许多独特的性质，作为颜填料应用于建筑涂料中时，可以生产出许多性能优异的产品。

目前国内建筑涂料技术水平仍普遍偏低，主要表现在对重钙等材料的表面改性研究不足。普通重钙应用于涂料中时虽能改善诸多性能，但其自身较强的亲水性、与有机高聚物较差的相容性等缺陷，使得重钙在涂料行业的应用终归有限。

在对重钙的表面改性及其作为填料的应用方面，主要需要解决的问题是：开发新型表面改性剂，以使重钙粉末在聚合物基体中具有更好的分散性、附着力和相容性；同时，还应探索和研究能使涂料表现出最佳性能时，不同改性剂的最佳用量。主要围绕以下4个方面提升我国建筑涂料的技术水平：提高性能、增加功能、环境友好和降低成本。当前我国建筑工程中所使用的涂料大多都是低性能的，而在国外高性能涂料得到了广泛的应用，因此必须学习借鉴国外的经验，探索提升涂料实际应用效果的机理和方法。单一功能的建筑涂料已难以满足社会和科技发展的需求，必须加快研制同时具备环保性、功能性和智能化等多功能的复合无机建筑涂料，以更好地适应时代发展的需求。环境友好型涂料一直是涂料行业最重要的发展趋势之一，为响应环保号召，建筑涂料也应当将重点转向环境友好型。由于受疫情和货币超发等影响，2021年建筑涂料原材料价格大涨，全国整体经济下行压力巨大。基于此，企业应当关注产品创新和研发，寻求降低成本以增加自身产品的竞争力。