Волластонит - микроармирующий наполнитель
Волластонит - это природный силикат кальция белого или светло-серого цвета с химической формулой CaSiO3. Волластонит не растворяется в воде и органических растворителях, но взаимодействует с соляной кислотой.
Для природного волластонита характерна вытянутая по длине структура кристаллов, при раскалывании которых образуются зёрна игольчатой формы. Игольчатая форма зерна волластонита определяет основное направление его использования в качестве микроармирующего наполнителя. Волластонит является единственным чисто белым наполнителем, имеющим форму столбчатого продолговатого кристилла с отношением длины волокна к его диаметру в зависимости от марки (L:D) от 3:1 и выше. Игольчатость является определяющим свойством для упрочнения покровных плёнок ЛКМ и для повышения их долговечности и износостойкости.
В связи с ухудшающейся экологической обстановкой необходимо также заметить, что волластонит является заменителем таких веществ, как асбест и волокнистый тальк.
Состав, свойства и форма частиц волластонита обуславливают следующие области его применения:
• лакокрасочные материалы;
• сухие строительные смеси различного назначения;
• керамика, фарфор, огнеупорные и кислотостойкие материалы;
• асбоцементные изделия (шифер и т.д.);
• металлургия, обмазка для сварочных электродов;
• специальная радиокерамика, изоляторы с низкими диэлектрическими потерями;
• сантехизделия;
• резино-технические изделия;
• производство композиционных полимеров;
Физико-химические и технологические параметры волластонита марки Nordkalk
Наименование показателей | FW-70 | FW-200 | FW-325 | WIC-40 | WIC-10 |
| Химический состав | |||||
| Влажность, %, не более (при 105°С) | 0,2 | 0,15 | 0,15 | 0,15 | 0,15 |
| Потери при прокаливании (при 100°С), % | 0,85±0,2 | 0,85±0,2 | 0,85±0,2 | 0,8±0,2 | 0,8±0,2 |
| Содержание Fe2O3,% | 0,16±0,03 | 0,16±0,03 | 0,16±0,03 | 0,16±0,03 | 0,16±0,03 |
| Содержание CaO,% | 44,0±0,5 | 44,0±0,5 | 44,0±0,5 | 44,0±0,5 | 44,0±0,5 |
| Содержание SiO2, % | 53,0±0,8 | 53,0±0,8 | 53,0±0,8 | 53,0 | 53,0±0,8 |
| Содержание Al2O3, не более, % | 0,8 | 0,8 | 0,8 | < 0,8 | < 0,8 |
| Содержание MgO, не более, % | 0,6 | 0,6 | 0,6 | < 0,6 | < 0,6 |
| Дисперсный состав | |||||
| Содержание частиц размером: | |||||
| не более 355 мкм, % | 100 | - | - | - | - |
| не более 250 мкм, % | 95,5 | - | - | - | - |
| не более 200 мкм, % | 97 | - | - | - | - |
| не более 90 мкм, % | 53 | 99,4 | - | - | - |
| не более 75 мкм, % | 40 | < 98 | 99,8 | - | - |
| не более 45 мкм, % | 19 | 88 | 98 | 97 | - |
| не более 32 мкм, % | - | 78 | 95 | - | - |
| не более 20 мкм, % | - | 57 | 71 | - | - |
| не более 10 мкм, % | - | 31 | 43 | - | 90 |
| Средний диаметр частиц, не более, мкм | 90 | 18 | 13 | 13 | 4,5 |
| Отсев на сите 45 мкм, %, не более | - | - | - | 3 | 0,1 |
| Размер частиц, содержащих 97% волластонита, мкм | - | - | - | 37 | 13 |
| Технологические параметры | |||||
| Отношение длины частицы к её диаметру, L:D | 3 : 1 | 3 : 1 | 3 : 1 | 6 : 1 | 8 : 1 |
| Насыпной вес, г/см3 | 1,35 | 0,90 | 0,8 | 0,47 | 0,3 |
| Плотность, г/см3 | 2,94 | 2,94 | 2,94 | 2,92 | 2,92 |
| Твёрдость по Моосу | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 4,5 |
| Маслоёмкость, г/100г | 14,0 | 18,0 | 22,0 | 36,0 | 42,0 |
| Удельная поверхность, м2/г | 0,25 | 1,1 | 1,5 | 1,0 | 2,2 |
| Белизна, не менее, % | 78,0 | 86,0 | 87,5 | 85,0 | 88,0 |
Применение волластонита в производстве ЛКМ
Микроармирующие свойства волластонита и высокая адгезия его к поверхностям обеспечивают повышенные показатели ЛКМ по прочности плёночного покрытия и величине прочности сцепления его с окрашиваемой поверхностью.
Волластонит обладает хорошими матирующими свойствами, невысокой маслоёмкостью (14-25мл/100г), что позволяет сократить расход связующих компонентов в красках, снизить расход пигментной двуокиси титана TiO2 в красках и увеличить объёмную концентрацию пигмента в краске, т.к. его коэффициент преломления составляет п=1,63-1,64.
Волластонит, обладая более высокой твердостью, чем у талька, мела и слюды, обеспечивает возможность получения твёрдых плёнок ЛКМ.
Кристаллы волластонита, имеющие игольчатую форму с плоскостями шероховатой формы, образуют вокруг себя ассоциаты ("домены") из окружающих материалов, составляющих матрицу основного состава ЛКМ, сухой смеси или пластмассы, снижая степень их подвижности друг относительно друга, тем самым резко уменьшая возможные процессы усадки, например, при сушке и эксплуатации этих материалов. Покрытие на основе волластонита имеет более сильную исходную яркость и цветность, чем краски с другими наполнителями. Кроме того, применение волластонита в производстве ЛКМ улучшает смачивание и снижает пенообразование готовых продуктов.
Применение волластонита в производстве сухих строительных смесей
Микроармирующие свойства волластонита, обеспечивают безусадочность изготавливаемых с его применением материалов, это свойство наиболее востребовано в производстве сухих строительных смесей различного назначения, при высыхании которых проблема разноусадочности стоит особенно остро.
В результате экспериментальные исследования по применению волластонита в производстве композиционных строительных материалов и изделий на основе цемента, было выявлено, что его физико - химическое сродство с цементосодержащими сырьевыми композициями, активная избирательная адсорбция продуктов гидратации связующего, оказывает существенное влияние на реологические параметры концентрированных суспензий и паст, формирование структуры, прочностных и деформативных свойств затвердевших композитов.
В современной практике строительной отрасли в целях улучшения стабильности размеров, снижения вероятности образования трещин, придания безусадочности и повышения механических эксплутационных характеристик различных изделий и композиционных материалов, изготавливаемых на основе портландцемента, глинозёмистого цемента, безводного гипса используются различные типы армирующих волокон неорганической (органической) природы.
Физико-механические свойства армирующих волокон
Волокно | Диаметр, мм | Удельный вес, г/см3 | Модуль упругости, ГПа | Прочность на растяжения, ГПа | Удлинение при разрыве, % |
| Сталь | 5-500 | 7,84 | 200 | 0,5-2,0 | 0,5-3,5 |
| Стекло | 9-15 | 2,6 | 70-80 | 2-4 | 2-3,5 |
| Асбест Крокидолит Хризотил | 0,02-0,4 | 3,4 3,4 2,6 | 164 | 3,5 3,5 3,1 | 2,0-3,0 |
| Фибрилированный полипропилен | 20-200 | 0,9 | 5-77 | 0,5-0,75 | 8,0 |
| Арамид (Кевлар) | 10 | 1,45 | 65-133 | 3,6 | 2,1-4,0 |
| Углерод (high strength) | 9 | 1,9 | 230 | 2,6 | 1,0 |
| Нейлон | 1,1 | 4,0 | 0,9 | 13,0-15,0 | |
| Целлюлоза | 1,2 | 10 | 0,3-0,5 | ||
| Акрил | 18 | 1018 | 14-19,5 | 0,4-1,0 | 3 |
| Полиэтилен | 0,95 | 0,3 | 0,7*10-3 | 10 | |
| Древесное волокно | 1,5 | 71,0 | 0,9 | ||
| Sisal | 10-50 | 1,5 | 0,8 | 3,0 | |
| Цементное вяжущее (для сравнения) | 2,5 | 10 | 0,3*10-3 | 0,02 |
Целесообразность и необходимость армирования материалов на основе портландцемента и других минеральных вяжущих связано хрупкостью этих материалов и их низкой прочностью на растяжение. Основными требованиями, предъявляемыми к армирующим волокнам, является их прочность на растяжение, изгиб, сжатие, ударную стойкость, жёсткость и эластичность. Волластонит соответствует всем этим требованиям. Механические характеристики армированного композита связаны с поверхностью раздела "волокно волластонита- цементная матрица". Свойства цементосодержащих композиционных материалов, армированных волластонитом, характеризуются и определяются параметрами контактной зоны, которые зависят от характеристик волокна, а также от некоторых других параметров, связанных с составом рецептуры конкретной ССС и совместимостью волокна волластонита с этим составом, их связью с минеральным вяжущим и однородностью распределения игольчатых частиц волластонита в объёме композиционного материала.
Волластонитсодержащие сухие смеси рекомендуются для ремонтных и отделочных работ по любым основаниям: бетону, кирпичу, штукатурке, гипсокартону, асбестоцементу и т.д.
Широкий спектр применения данных смесей обусловлен, главным образом, присутствием в их составе волластонита. В среднем величина добавки волластонита в ССС составляет около 5-10% от их веса, варьируясь в некоторых пределах в зависимости от назначения и вида материала. В затворенном виде они весьма пластичны, легко наносятся и имеют хорошую адгезию к различным поверхностям. Волластонит повышает водоудерживающую способность затворенных смесей, усиливает их структурообразование и полностью ликвидирует усадку при отвердевании. Обладая хорошими адсорбционными свойствами, он исключает выколообразование, что особенно важно при применении декоративных, окрашенных минеральными и органическими пигментами смесей. Микроармирующие свойства волластонита и высокая адгезия его к поверхностям обеспечивает повышенные прочностные показатели ССС и величину прочности сцепления его с поверхностью.
Минимальная прочность данных затвердевших смесей на сжатие составляет 15,0 Мпа. Они абсолютно атмосферо- и морозоустойчивы, что позволяет успешно применять их для наружных ремонтных и отделочных работ, а также для проведения ремонта фасадов.
В каждом конкретном случае требуется рациональный подбор сырьевых рецептур и технологических параметров процесса производства с учётом нормируемых свойств готовых материалов и изделий.