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    涂料用礦物填料的功能和應用特性總結

       日期:2017-07-20     來(lái)源:粉體技術(shù)網(wǎng)    瀏覽:3253    
     史上最全的涂料用礦物填料的功能和應用特性總結
    1、概述
           涂料是一種呈現流動(dòng)狀態(tài)或可液化之固體粉末狀態(tài)或厚漿狀態(tài)的,能均勻涂覆并且能牢固地附著(zhù)在被涂物體表面,并對被涂物體起到裝飾作用、保護作用及特殊作用,或幾種作用兼而有之的成膜物質(zhì)。
           涂料產(chǎn)品除油漆之外,還包括了利用各種合成樹(shù)脂、乳液等為主要原料生產(chǎn)的溶劑型涂料、乳膠型涂料、水溶性涂料、粉末狀涂料等。
           涂料中的無(wú)機填料又稱(chēng)體質(zhì)顏料,有時(shí)也稱(chēng)顏料增量劑,可分為非功能性填料和功能性填料。前者主要起增量作用,以降低涂料的原材料成本;后者除具有增量作用外,還具有改進(jìn)涂料或涂膜的某些性能的功能,如控制流變性、改進(jìn)附著(zhù)力、控制光澤、提高遮蓋力、防止腐蝕和優(yōu)化顏料積濃度等。
           涂料是無(wú)機填料的主要用戶(hù)之一,目前世界上涂料產(chǎn)量約2300萬(wàn)噸/年,共消費填料約600萬(wàn)噸/年。我國已成為世界上的涂料生產(chǎn)大國之一,目前生產(chǎn)的涂料約300萬(wàn)噸/年,大約消耗無(wú)機填料80萬(wàn)~100萬(wàn)噸/年。

    2、填料在涂料中的功能和要求
           涂料中的填料(體質(zhì)顏料),通常是白色或稍帶顏色的,折射率小于1.7的一類(lèi)顏料。它具有涂料用顏料的基本物理和化學(xué)性能,但由于折射率與成膜物質(zhì)相近,因而在涂料中是透明的,不具有著(zhù)色顏料的著(zhù)色力和遮蓋能力,是涂料中不可缺少的一種顏料。由于填料絕大多數來(lái)自天然礦石加工產(chǎn)品,其化學(xué)穩定、耐磨、耐水等特性好,且價(jià)格低廉,在涂料中起骨架作用。通過(guò)填充增加涂膜的厚度,改善涂膜力學(xué)性能,并能起耐久、防腐蝕、隔熱、消光等作用。另一方面把它作為降低涂料制造成本的一種途徑,利用其價(jià)廉、價(jià)格遠遠低于彩顏料,在滿(mǎn)足漆膜遮蓋力的前提下,適當添加體質(zhì)顏料來(lái)補充彩色顏料在漆中應有的體積。
           涂料中使用填料,降低成本不是唯一作用。填料所起的主要作用與功能是:
           1)在涂料中起骨架、填充作用,增加漆膜厚度,使漆膜豐滿(mǎn)堅實(shí);
           2)調節涂料的流變性能,如增稠、防沉淀等;
           3)改善漆膜的機械強度,如提高耐磨性和耐久性;
           4)調節涂料的光學(xué)性能,改變涂膜的外觀(guān),如消光等;
           5)成膜物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應,使之成一個(gè)整體,使涂膜能有效地阻擋光線(xiàn)的穿透,提高其耐水性和耐候性,延長(cháng)涂膜的使用壽命;
           6)作為涂料中的填充劑,減少樹(shù)脂用量,降低生產(chǎn)成本;
           7)對涂膜的化學(xué)性能起輔助作用,如增強防銹、抗濕、阻燃性等。
           8)不同的涂料品種和等級對填料的技術(shù)要求是不一樣的,但對涂料用填料的一般要求如下。
           9)白度應高,特別是在對涂膜顏色要求很高的涂料中,白度一般要求在90%以上。
           10)易分散,這不僅有利于降低涂料生產(chǎn)時(shí)研磨分散的能耗和時(shí)間,更重要的是有利于涂料性能的發(fā)揮,因為填料和顏料的分散好壞,對涂膜性能(光澤、顏色、耐久性等)有直接的影響。
           11)要有較低的吸油性,吸油值低才能提高涂料的臨界顏料體積濃度(CPVC),節約樹(shù)脂基料,才能適應符合環(huán)保要求的現代高固體分涂料的要求,才能制備出含量更高的預分散填料漿,才能與吸油值日趨降低的顏料(特別是鈦白粉)相配套。涂料常用非金屬礦物填料的吸油值如表1.1所示。
    表1.1涂料常用非金屬礦物填料的吸油值/(g/100g)
           12)應當有確定的粒度和窄的粒度分布,篩余物應盡可能低,現在涂料要求填料在許多應用領(lǐng)域里具有微細化甚至超細化的粒徑,這樣才能發(fā)揮它在涂料中的空間位隔作用,使涂膜中的顏料粒子均勻分布,從而最大限度地發(fā)揮顏料的遮蓋(如鈦白粉)、著(zhù)色(如彩色顏料)和防銹(如防銹顏料)等潛力,起到部分替代顏料的作用。
           13)能使涂料具有良好的流變性(流動(dòng)性、流平性、懸浮性、增稠性等),使涂料在儲存時(shí)不沉淀,便于施工成膜,形成光滑平整的涂膜。
           14)應與涂料中的基料、顏料和其他添加劑有良好的相容性但同時(shí)也應有一定的惰性,不與上述成分發(fā)生化學(xué)反應。
           15)具有適宜的比表面積,因為它影響著(zhù)涂料的黏度、流變性、分散穩定性、沉降性和吸油量等。
           16)具有確定的粒子形狀和晶體形態(tài),使涂料具有確定的折射率等光學(xué)性能和保證填料在涂料中應有的功能。

    3、涂料中常用的填料類(lèi)型
        涂料中常用的填料有碳酸鈣(重鈣、輕鈣)、重晶石粉(硫酸鋇)、滑石粉、高嶺土(瓷土地)、多孔粉石英(二氧化硅)、白碳黑、沉淀硫酸鋇、云母粉、硅灰石、膨潤土等。
    1)碳酸鈣
            碳酸鈣是涂料用最主要的填料(體質(zhì)顏料)
    涂料用碳酸鈣的分類(lèi)
           按特性分類(lèi)涂料用碳酸鈣按特性主要分輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣。輕質(zhì)碳酸鈣和重質(zhì)碳酸鈣。輕質(zhì)碳酸鈣(沉淀碳酸鈣)分普通沉淀碳酸鈣、微細碳酸鈣、超細碳酸鈣、活性碳酸鈣;重質(zhì)碳酸鈣(天然產(chǎn)品)分重質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)微細碳酸鈣、重質(zhì)活性碳酸鈣。
           按結晶形態(tài)分類(lèi)沉淀碳酸鈣改變工藝、控制結晶,可以得到立方晶系、針狀結晶、紡錘形結晶、鏈狀結晶等微細碳酸鈣晶體。
           按晶體顆粒大小分類(lèi)沉淀碳酸鈣按晶體大小可以分為:微粒碳酸鈣(平均粒徑44~60um);中粒碳酸鈣(平均粒徑15~44um);微細碳酸鈣(平均粒徑1~15um);超細碳酸鈣(0.1~1um);超微碳酸鈣(<0.1um)。
           重質(zhì)碳酸鈣產(chǎn)品按粉末細度粒級分為單飛粉(細度粒級200目)、雙飛粉(細度粒級325目)和四飛粉(細度粒級400目);超細碳酸鈣(細度粒級1250目)。
    碳酸鈣在涂料中的應用
           碳酸鈣是涂料生產(chǎn)中重要的填充劑。碳酸鈣在漆膜中起骨架和底材(鋼板、木質(zhì))的填平作用,增強漆膜沉積性和滲透性。尤其用于金屬防銹底漆中,它與金屬表面形成氫鍵,增加其漆膜附著(zhù)力,并可吸收氫離子以阻止金屬形成微電池的腐蝕傾向。另外,碳酸鈣的面朝候性好,具有耐磨損、低電解液含量、PH值穩定效應、可提高耐腐蝕性能和涂料的流變性等。粗級別碳酸鈣限用于膩子、填孔化合物、金屬的底漆及其他產(chǎn)物,它們需要高顏料量、流動(dòng)性及粗的表面;中等粒級的碳酸鈣用在建筑涂料及室內無(wú)光或半光漆上;細粒級的碳酸鈣主要是沉淀碳酸鈣,用于印刷油墨。
           重鈣可用于各種內用、外用涂料中,最適宜在水性涂料中應用,由于耐酸性差,妨礙了它在外用涂料中的應用。在一般涂料中,重鈣的加入量為10%~35%,在各種浮雕化涂料中含量高達50%。
           涂料工業(yè)采用重鈣除用于增量外,主要用于部分取代鈦白粉(一般為10%~20%,量大時(shí)為30%)和彩色顏料,取代輕鈣和沉淀硫酸鋇,防腐蝕以及部分取代防銹顏料。
           重鈣用于室內建筑漆時(shí),可單獨使用或滑石粉并用。與滑石粉相比,碳酸鈣可降低粉化速率,改善淺色漆的保色性和增加抗霉菌性。
           和重鈣相比,輕鈣具有小的粒徑和窄的粒徑分布范圍、高的吸油量和亮度,輕鈣可用在需求最大消光效果的地方。在半光、無(wú)光油漆和無(wú)光乳膠漆中較普遍將輕鈣和重鈣混合使用。

    2)滑石粉
           滑石粉是溶劑型涂料中一種通用型填料,由于更細粒級別的滑石粉問(wèn)世,使它進(jìn)入了水性系統。目前在各種底漆、中間涂料、路標漆、工業(yè)涂料以及內外用建筑涂料中應用。由于滑石粉質(zhì)地柔軟和磨蝕性低,有良好的懸浮性和分散性,因而在我國涂料工業(yè)消費滑石粉填料的比重較大。
           片狀結構的滑石粉具有優(yōu)良的涂刷性、涂膜的流動(dòng)性和平滑性、耐水性及磁漆珠不滲入性,主要用于底漆和中間涂料。纖維狀滑石粉吸油量更高些,并且具有良好的流變性,可改善涂料的諸多性能,如防儲存時(shí)沉降和涂刷時(shí)流掛、改進(jìn)施工性能等。
           涂料工業(yè)用滑石粉有許多級別的產(chǎn)品,如普通粒度的滑石粉(-325目)、微細級(-20um和-10um)滑石粉、超細微級滑石粉(-5um)、化學(xué)預處理的滑石粉等,分別適用于各種特定的用途和目的。
           較粗粒級的滑石粉用于某些需要粗糙的漆膜中,如內墻底漆中間層和斑紋漆;超細級滑石粉用在控制半光磁漆的光澤、稠度和流掛;微細級和超微細級滑石粉除了能改進(jìn)涂膜性能外,還具有空間位隔能力,可部分取代TiO2等顏料;化學(xué)預處理的滑石粉也可取代TiO2顏料。
           滑石粉的一個(gè)缺點(diǎn)是吸油量偏高,因此在需要低吸油量的場(chǎng)合,它必須與吸油量低的填料和重晶石粉配合。另外,滑石粉的耐磨性不高,在需要高耐磨性的場(chǎng)合,要加入其他的填料加以彌補。含有其他非金屬礦物的滑石粉,因雜質(zhì)礦物易與酸(如酸雨)反應,故不適合于要求高耐候性的外用涂料中。工業(yè)滑石粉因含有有色雜質(zhì)而白度下降,因而對填料明度要求很高的場(chǎng)合,一般不用滑石粉作填料?;劬哂邢庑?,故它一般不用于高光澤涂料中。

    3)高嶺土
           高嶺土是國外涂料工業(yè)廣泛采用的填料之一。以美國用量為最大,近年為30萬(wàn)噸/年左右,其中煅燒高嶺土為10萬(wàn)噸/年以上。
           常見(jiàn)用于涂料的高嶺土包括超細高嶺土、煅燒高嶺土、活性高嶺土(經(jīng)表面改性處理)等。高嶺土可用于各種涂料中,但以水性建筑涂料為主,特別是內用乳膠漆,由于高嶺土在水基性涂料中具有較好的遮蓋力,從而能部分替代鈦白粉顏料。超細高嶺土可部分替代鈦白粉,約代用鈦白粉量的10%左右,可降低漆的成本,而對漆的光澤、遮蓋力,儲存穩定性影響不大。煅燒高嶺土折射率由原來(lái)1.56提高到1.62,彌補了原遮蓋力和白度的不足。另外煅燒高嶺土能提高涂料的不透明性和涂膜的牢固性,比未煅燒土更具有耐洗刷性和抗粉化性。煅燒高嶺土代替部分鈦白粉在公路標線(xiàn)漆、粉末涂料、建筑外用乳膠漆等得到了一定應用。在外墻涂料中超細高嶺土和煅燒高嶺土可代替15%~20%的鈦白粉。在溶劑稀釋漆中某些高嶺土表現出較差的懸浮性,但經(jīng)表面改性處理過(guò)的煅燒高嶺土可克服這些缺點(diǎn)。

    4)二氧化硅
           多孔粉石英(主要成份SiO2)
           多孔粉石英屬于一種火山灰沉積巖。該產(chǎn)品自然粒徑細(0.5μm左右),顆粒分布均勻,比表面積大(8.3m2/g),外形結構近似球型無(wú)棱角狀。以電子顯微鏡圖象看,其表面全是納米級的介孔,平均孔徑約為8.8nm(納米)。
           多孔粉石英表面含有一定數量的羥基(-OH)-硅醇。作為極性官能團,用于粉末涂料中有助于提高產(chǎn)品的附著(zhù)力和粘結性。另一方面,由于羥基的存在,更容易通過(guò)偶聯(lián)劑表面處理,增加其交聯(lián)、補強的作用,增加產(chǎn)品的物理力學(xué)性能又可提高涂膜的拉伸強度。
           多孔粉石英中含有Zro2,二氧化鋯性質(zhì)穩定,硬度高,加上多孔粉石英的多孔結構使得涂料有較好的硬度表現,和抗沖擊的性能。
           多孔粉石英屬于二氧化硅體系一種,使用的安全性被認可,已廣泛用于粉末涂料、建筑外墻涂料,厚質(zhì)拉毛涂料、防火涂料、防水涂料、環(huán)保涂料、防腐涂料等,廉價(jià)的多孔粉石英可以降低粉末涂料的成本,同時(shí)替代硫酸鋇以減少產(chǎn)品中可溶性鋇的含量,達到環(huán)保要求。
           天然多孔粉石英在涂料中主要起增量和半補強作用,可用于各種涂料和建筑涂料,特別是底漆和中間涂料,細粒晶體SiO2在環(huán)氧和聚酚粉末涂料中可取代高達50%的TiO2。
           天然多孔粉石英由于它是多孔、高孔隙率的結構,具有各種不同的粒子形狀和結構特征,再加有有極好的吸油量(19~25g/100g),不規則的結構和吸油量的結合產(chǎn)生非常好的消光效果、高的增稠能力和好的顏料懸浮性,涂料中用它作為消光劑。主要用于平光乳膠漆和清漆、底漆及某些混凝土涂料中,它還在涂料中作增加遮蓋性顏料遮蓋力的填料。
           白炭黑(或稱(chēng)輕質(zhì)二氧化硅)由于比表面積大,熱穩定性好可防止顏料沉淀,尤其在乳膠漆中使用,調整漆的有效黏度,改善漆膜流掛并起消光作用,對漆膜耐熱穩定性好。
        氣相二氧化硅是一種多功能體質(zhì)顏料,又是性能優(yōu)良的涂料流變控制劑。在液體涂料中,它的流變控制功能包括:增稠、觸變、防流掛、覆蓋邊緣;在固體粉末涂料體系中,增進(jìn)粉末的自由流動(dòng),防止結塊和流體化。

    5)硫酸鋇
           用作涂料體質(zhì)顏料的硫酸鋇有天然和合成兩種,天然產(chǎn)品稱(chēng)重晶石粉,合成產(chǎn)品稱(chēng)沉淀硫酸鋇。
           硫酸鋇外觀(guān)為致密的白色粉末,是惰性物質(zhì),密度為4.5g/cm3,在體質(zhì)顏料中最重,化學(xué)性質(zhì)穩定,幾乎不溶于水、乙醇和酸,在熱硫酸中能溶,耐堿、耐光。雜質(zhì)含量少的呈玻璃光澤,解理面呈珍珠光澤。重晶石粉的吸油量極低(6g/100g)。沉淀硫酸鋇擁有優(yōu)越的顏色及細的粒子。
        重晶石粉填料主要用于要求高涂膜強度、高填充力和高化學(xué)惰性的工業(yè)底漆和汽車(chē)中間涂料,也用于需要較高光澤的面漆中。在乳膠漆中,由于重晶石折射率高(1.637),微細重晶石粉可具有半透明性白色顏料的功能,可在涂料中取代部分鈦白粉。

    6)硅灰石
            硅灰石主要成分為偏硅酸鈣(CaSiO3),具有似針狀結構,且有好的亮度、折射率(1.62)和相對低的吸油量(20~26g/100g)。
            硅灰石在涂料中可作為體質(zhì)顏料和代替部分白色顏料,起遮蓋、增量作用,降低漆的成本。使白漆保持長(cháng)久明亮的色調。
           針狀結構的硅灰石(長(cháng)徑比為10:1~20:1),在涂料中可起平光劑的作用,改進(jìn)涂膜機械強度,有時(shí)在增強性涂料中代替有害的石棉。涂料中一般多用較細粒級(如325目)和微細級(10um)硅灰石粉,因為有利于涂料遮蓋力的發(fā)揮??捎糜谟托越ㄖ苛?、吸聲(隔聲)涂料、路標漆、聚乙酸乙烯乳膠漆等。表面處理的硅灰石可用于工業(yè)醇酸、環(huán)氧等防腐蝕涂料中,提高金屬底漆的防腐蝕性,并部分取代活性防銹顏料。

    7)云母粉
           涂料中主要應用白云母,也可少量應用金云母。主要利用它的高徑厚比的片狀結構、良好的耐熱性、耐候性、透明性、耐化學(xué)性、紫外屏蔽性等性能,在防腐蝕涂料、功能性涂料中作填料。在涂料配方中主要用于一些特種油性和水性涂料,其加量從工業(yè)涂料的大約20%到浮雕花紋建筑涂料大約40%不等。
           濕磨云母粉的一個(gè)重要應用領(lǐng)域,是用作鈦珠光顏料的載體原料。涂料、油墨、塑料等行業(yè)都需要不同規格系列的云母鈦珠光顏料。

    8)石墨
           天然石墨因具有片狀結構和良好的遮蓋率,可用于鋼結構維護涂料中;它的良好導電性和黑顏色,使它可用于電子計算機電屏蔽涂料中,這種涂料可含高達75%的石墨。另一種用途是防靜電地板涂料。它可用于耐熱涂料、底漆、封閉涂料以及耐水涂料,由于耐光性好,可用于汽車(chē)油漆中,作為一種效應顏料。
     
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