ВОЛЛАСТОНИТ
Микроволластонит является природным силикатом кальция с химической формулой CaSiO3. Основным достоинством волластонита является его высокие показатели белизны, игольчатая форма частиц и щелочной pH.
Волластонит не растворяется в воде и органических растворителях, реагирует только с соляной кислотой. Устойчивость волластонита связана с химическими реакциями, протекающими в различных жидких средах.
- При взаимодействии с водой на поверхности кристаллов волластонита происходит гидролиз, связанный с вымывание ионов кальция. При этом вокруг частиц волластонита образуется щелочной буфер, а вода приобретает слабощелочной характер (pH 8-9,5).
- При реакции с разбавленными или слабыми кислотами на поверхности кристаллов волластонита образуется слой золя окиси кремния (силикагель).
Волластонит является цепочечным силикатом с повторяющимися элементами кристаллической структуры. Структура волластонита представлена как чередование тройных четырехгранников кварца, соединенных между собой через ион кальция. Повторяемость данной структуры определяет его цепочку. Благодаря такой структуре кристаллы волластонита приобретают игольчатую форму частиц и сохраняют эту структуру при последующем помоле.
Высокая плотность кварцевых цепочек обеспечивает твердость этого минерала (4,5-5 по шкале Мооса). Для химически чистого волластонита характерны низкие значения потерь при прокаливании (< 1,2 %).
Основной отличительной особенностью волластонита является его способность сохранять игольчатую форму частиц при его измельчении. Соотношение длины частиц к их ширине определяет сортность волластонита. Сорта волластонита различаются на:
- длинноигольчатый "H" - характеристические отношения, не менее 10:1
- короткоигольчатый (блочный) "L" - коэф. анизотропиии от 4 до 8
- промышленный "I" - компактированный волластонит
Весь волластонит представлен фракциями с повышенным значением белизны . Низкое содержание хромофоров обеспечивает высокие показатели белизны по сравнению с импортными аналогами .
| Наименование показателя |
75 |
40 |
30 |
15 |
10 |
05 |
30 |
15 |
10 |
5 |
3
|
| Сортность |
I |
Н |
Н |
Н |
Н |
Н |
L |
L |
L |
L |
L
|
| Типичное характеристическое отношение |
3:1 |
10:1 |
10:1 |
16:1 |
16:1 |
20:1 |
4:1 |
4:1 |
5:1 |
8:1 |
6:1
|
Типичные размеры частиц, мкм
|
| длина |
35 |
180 |
150 |
80 |
65 |
40 |
60 |
40 |
30 |
22 |
8
|
| толщина |
10 |
18 |
15 |
5 |
4 |
2 |
15 |
9 |
6 |
2,5 |
1,5
|
Химический состав, массовая доля, %
|
| Оксид кальция (CaO) |
43-46 |
45-48 |
45-48 |
45-48 |
45-48 |
45-48 |
45-48 |
45-48 |
45-48 |
45-48 |
45-48
|
| Оксид кремния (SiO2) |
50-52 |
50-53 |
50-53 |
50-53 |
50-53 |
50-53 |
50-53 |
50-53 |
50-53 |
50-53 |
50-53
|
| Оксид железа (Fe2O3) |
0,4-0,6 |
2-0,5 |
0,05-0,2 |
0,05-0,2 |
0,05-0,2 |
0,05-0,2 |
0,05-0,2 |
0,05-0,2 |
0,05-0,2 |
0,05-0,2 |
0,05-0,2
|
| Оксид алюминия (Al2O3) |
0,25-0,6 |
0,2-0,4 |
0,1-0,3 |
0,1-0,3 |
0,1-0,3 |
0,1-0,3 |
0,1-0,3 |
0,1-0,3 |
0,1-0,3 |
0,1-0,3 |
0,1-0,3
|
| pH |
9,5-10,5 |
9,5-10,5 |
9,5-10,05 |
9,5-10,05 |
9,5-10,05 |
9,5-10,05 |
9,5-10,05 |
9,5-10,05 |
9,5-10,05 |
9,5-10,05 |
9,5-10,05
|
Цветовые показатели
|
| Белизна по CIE Lab (ISO 787/1, С/2), % |
94 |
95 |
96 |
97 |
97 |
97 |
95 |
96 |
96 |
96 |
96
|
| Яркость (ISO 2470 R457), % |
85 |
87 |
91 |
92 |
92 |
92 |
88 |
89 |
89 |
89 |
89
|
Массовая доля остатка на сите, менее, %
|
| № 0074 |
1,4 |
- |
|
- |
- |
- |
_ |
- |
- |
- |
-
|
| № 0045 |
2 |
35 |
30 |
0,3 |
0,1 |
0,05 |
1 |
0,1 |
0,05 |
0,03 |
0,01
|
Массовая доля частиц с диаметром эквивалентной сферы, %, размером
|
| Менее 40 мкм |
- |
45 |
55 |
80 |
85 |
95 |
60 |
85 |
90 |
95 |
100
|
| Менее 30 мкм |
- |
30 |
40 |
70 |
75 |
90 |
50 |
70 |
85 |
90 |
98
|
| Менее 20 мкм |
- |
20 |
20 |
60 |
70 |
80 |
20 |
60 |
75 |
85 |
95
|
| Менее 10 мкм |
- |
8 |
8 |
30 |
40 |
70 |
10 |
30 |
45 |
70 |
90
|
| Менее 5 мкм |
- |
5 |
5 |
15 |
20 |
40 |
5 |
15 |
25 |
40 |
75
|
Медианный диаметр частиц (гранулометрия), мкм
|
| Средний (D50) |
15 |
45±5 |
35±7 |
15 |
12 |
6 |
30±6 |
15 |
10 |
6 |
2,8
|
| Максимальный (D98) |
75 |
165 |
130 |
100 |
90 |
60 |
100 |
70 |
60 |
40 |
20
|
| Минимальный (D10) |
2 |
5 |
4 |
3,5 |
2,5 |
2 |
3,5 |
3 |
2 |
1,5 |
1
|
| Маслоемкость, г/100г |
26 |
23 |
25 |
33 |
35 |
42 |
25 |
28 |
30 |
40 |
45
|
Состав, свойства и форма частиц волластонита определяют его применение в производстве керамики, фарфора, огнеупорных и кислотостойких материалов, асбоцементных изделий (шифера и т.п.), в металлургии, в качестве обмазки для сварочных электродов, при изготовлении специальной радиокерамики, изоляторов с низкими диэлектрическими потерями, сантехизделий.
Лакокрасочная промышленность
Микроармирующие свойства волластонита и высокая адгезия его к разным поверхностям обеспечивают повышенные показатели прочности ЛКМ и высоким сцеплением с основанием. Волластонит обладает хорошими матирующими свойствами, невысокой маслоемкостью, что позволяет сократить расход связующих компонентов и снизить расход двуокиси титана (TiO2) в красках.
Волластонит, обладая более высокой твердостью, чем у талька, мела и слюды, игольчатой формой частиц и их более плотной упаковки, обеспечивает возможность получения более твердых и прочных пленок ЛКМ.
Игольчатая форма частиц волластонита позволяет краске равномерно распределяться по поверхности, структурируясь в процессе нанесения. Высокая износостойкость волластонита незаменима в красках для разметки дорог. Кристаллы волластонита агрегируют вокруг себя материалы, составляющие матрицу основного состава ЛКМ, сухой смеси или пластмассы, образуя ассоциаты. При этом резко снижается подвижность материалов ЛКМ относительно друг друга, уменьшается возможная усадка при их сушке и эксплуатации. Поэтому применение волластонита в составах, используемых для огнезащиты конструкций и кабелей, позволяет избежать их отслаивания при высоких температурах из-за резкого снижения их степени усадки и растрескивания.
Антикоррозионные свойства
Волластонит увеличивает твердость покрытия, придает дополнительную износостойкость, атмосферостойкость, при этом обеспечивая синергетический эффект с противокорозионными ингибиторами.
Волластонит является комплексным антикоррозионным наполнителем осуществляя защиту покрытия одновременно с помощью химического и барьерного эффекта. Использование волластонита позволяет придать покрытию дополнительные антикоррозионные свойства:
- анодная пассивация
- щелочная пассивация
- барьерный эффект
- повысить химическую стойкость покрытия
- увеличение прочности и твердости покрытия, абразивостойкости
- увеличить стойкость к трещинообразованию и скалыванию
- увеличить стойкость к ультрафиолетовому воздействию
Наиболее эффективно волластонит проявляет себя в антикоррозионным материалах в аппретированной (обработанной ПАВ) форме . Использование поверхностно-модифицированных марок волластонита позволяет создать более плотное покрытие, препятствующее ионной проницаемости, проникновению воды и кислорода в лакокрасочное покрытие. Барьерный эффект образуется за счет высокой структурированности игольчатых частиц волластонита при нанесении и химической связи поверхностно-обработанного волластонита и полимера.
Для контроля растворимости волластонита в кислотах и длительного сохранения его пассивирующих свойств, необходимо внимательно подходить к выбору ПАВ. Предлагаемая нами таблица позволит выбрать оптимальное соотношение типа покрытия к сорту волластонита. Для получения наилучших показателей устойчивости покрытия к коррозии величина ОКП должна составлять 38-45%.
Волластонит активно применяется для уменьшения количества хромата стронция в системе и для улучшения свойств покрытий с использованием фосфатных, боратных и молибдатных ингибиторов коррозии. Совместное использование волластонита с ингибиторами коррозии приводит к большей стойкости покрытий, чем использование антикоррозионных пигментов по отдельности.
Максимально реализовать свойства волластонита в антикоррозионной защите покрытия, позволяет применение в рецептуре нескольких наполнителей с различными принципами действия. В качестве дополнительного наполнителя может выступать нефелиновый сиенит частицы которого имеют округлую форму. Округлая форма частиц позволяет раздвигать игольчатые частицы волластонита равномерно по всей поверхности пленки, увеличивая число возможных контактов и одновременно формируя Барьерную и Химическую защиту покрытия. Совместное использование нефелинового сиенита и волластонита позволяют получить синергетический эффект в формировании защитных свойств покрытия.
Производство пластических масс
Волластонит обладает целым рядом ценных свойств и преимуществ перед другими наполнителями, используемыми в полимерной промышленности, а именно:
- белый цвет
- низкий коэффициент водопоглощения
- высокая твердость
- низкая диэлектрическая постоянная
- высокая износостойкость
- хорошая термостабильность
- низкий коэффициент теплового расширения
При прочих равных условиях волластонит обеспечивает сохранение более высоких показателей прочности изделий, чем другие наполнители, при этом он обладает ориентационным эффектом в направлении подачи, что особенно важно при экструзии.
Аппретирование (силанизация) волластонита химическими соединениями позволяет снизить вязкость компаунда, резко повысив степень наполнения полимера (до 80-120 масс.ч. на 100 масс.ч. полимера) и облегчить диспергирование наполнителя. Изделия изготовленные с помощью силанизированного волластонита имеют низкий коэффициент теплового расширения, низкую усадку при литье под давлением, хорошую размерную стабильность и высокие прочностные характеристики. Волластонит придает изделиям хорошую стойкость к царапанью и формирует гладкую поверхность. Армирующие свойства волластонита активно используются при производстве полимерных напольных покрытий.
Важнейшей областью применения волластонита является замена коротковолокнистого асбеста в фенолформальдегидных композициях, тормозных и фрикционных изделиях, технических резинах.
Строительная промышленность
Возрастают объемы применения волластонита как заменителя коротковолокнистого асбеста в целях упрочнения и придания огнезащитных свойств в стеновых панелях, в конструкционных и изоляционных панелях. Волластонит успешно применяют при изготовлении шифера, асбоцементных труб в целях повышения прочности этих изделий на поперечный разрыв (в 2-3 раза) за счет использования его микроармирующих свойств.
Цементно-волластонитовые вяжущие можно с успехом использовать для изготовления коррозионо - стойких и экономичных бетонов с повышенным пределом прочности при изгибе.
Микроармирующие свойства волластонита, обеспечивающие безусадочность изготавливаемых с его применением материалов, особенно востребованы при производстве сухих строительных смесей различного назначения, при высыхании которых проблема разноусадочности стоит особенно остро. Обладая хорошими адсорбционными свойствами, он исключает высолообразование, что особенно важно при применении декоративных, окрашенных минеральными и органическими пигментами смесей. Армирующие свойства волластонита и высокая адгезия к поверхностям обеспечивают повышенные прочностные показатели сухих строительных смесей и величину их прочности сцепления с поверхностью.
Керамическая промышленность
Керамические облицовочные плитки являются основной керамической продукцией, изготавливаемой из волластонита, который обеспечивает низкую усадку, отсутствие коробления, прочность и возможность быстрой плавки с минимальным выделением газа. Для этих целей используются фракции волластонита с низкими потерями при прокаливании и низким содержанием окрашивающих оксидов железа, титана, марганца.
Особенно актуальным использование волластонита в керамической промышленности стало после внедрения скоростного обжига.
Использование волластонита в качестве доминирующего компонента плиточных масс позволяет полностью или частично заменить датолитовый концентрат, нефелиновый сиенит в традиционных рецептурах керамических плит. Использование волластонита позволяет уменьшить усадку вплоть до нулевых значений, в 1,5 раза уменьшить водопоглощение, значительно увеличить термостойкость, в 2,5 раза увеличить прочность на изгиб, в 2 раза увеличить морозостойкость, значительно улучшить разрыв глазури и увеличить прочность глазурного покрытия с черепком.
Присутствие волластонита в глазурях обеспечивает химическую и термическую стойкость, устойчивость к образованию трещин, отскакиванию, появлению других дефектов, а также повышает блеска готовых изделий.
Необходимо отметить, что введение волластонита в массы для скоростного обжига способствует образованию хороших прессовочных свойств и повышению прочности изделий в сырце.
Смотрите также:
Химические добавки для Сухих смесей, ЛКМ и Полимеров
Диоксид титана (TiO2)
|
|
