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涂料中礦物填料應用特性總結
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涂料中礦物填料應用特性總結

分類:
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發布時間:
2019-10-18
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涂料中礦物填料應用特性總結

 

1、概述

涂料是一種呈現流動狀態或可液化之固體粉末狀態或厚漿狀態的,能均勻涂覆并且能牢固地附著在被涂物體表面,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。

涂料產品除油漆之外,還包括了利用各種合成樹脂、乳液等為主要原料生產的溶劑型涂料、乳膠型涂料、水溶性涂料、粉末狀涂料等。

涂料中的無機填料又稱體質顏料,有時也稱顏料增量劑,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,還具有改進涂料或涂膜的某些性能的功能,如控制流變性、改進附著力、控制光澤、提高遮蓋力、防止腐蝕和優化顏料積濃度等。

2、填料在涂料中的功能和要求

涂料中的填料(體質顏料),通常是白色或稍帶顏色的,折射率小于1.7的一類顏料。它具有涂料用顏料的基本物理和化學性能,但由于折射率與成膜物質相近,因而在涂料中是透明的,不具有著色顏料的著色力和遮蓋能力,是涂料中不可缺少的一種顏料。由于填料絕大多數來自天然礦石加工產品,其化學穩定、耐磨、耐水等特性好,且價格低廉,在涂料中起骨架作用。通過填充增加涂膜的厚度,改善涂膜力學性能,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,利用其價廉、價格遠遠低于彩顏料,在滿足漆膜遮蓋力的前提下,適當添加體質顏料來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,使漆膜豐滿堅實;

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)調節涂料的光學性能,改變涂膜的外觀,如消光等;

5)成膜物質發生化學反應,使之成一個整體,使涂膜能有效地阻擋光線的穿透,提高其耐水性和耐候性,延長涂膜的使用壽命;

6)作為涂料中的填充劑,減少樹脂用量,降低生產成本;

7)對涂膜的化學性能起輔助作用,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時研磨分散的能耗和時間,更重要的是有利于涂料性能的發揮,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),節約樹脂基料,才能適應符合環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。

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域里具有微細化甚至超細化的粒徑,這樣才能發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,從而最大限度地發揮顏料的遮蓋(如鈦白粉)、著色(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(流動性、流平性、懸浮性、增稠性等),使涂料在儲存時不沉淀,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也應有一定的惰性,不與上述成分發生化學反應。

15)具有適宜的比表面積,因為它影響著涂料的黏度、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,使涂料具有確定的折射率等光學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。

 
碳酸鈣
 

碳酸鈣是涂料用最主要的填料(體質顏料)

涂料用碳酸鈣的分類

按特性分類  涂料用碳酸鈣按特性主要分輕質碳酸鈣和重質碳酸鈣。輕質碳酸鈣和重質碳酸鈣。輕質碳酸鈣(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;重質碳酸鈣(天然產品)分重質碳酸鈣、重質微細碳酸鈣、重質活性碳酸鈣。

按結晶形態分類  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 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)。

重質碳酸鈣產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

碳酸鈣是涂料生產中重要的填充劑。碳酸鈣在漆膜中起骨架和底材(鋼板、木質)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物,它們需要高顏料量、流動性及粗的表面;中等粒級的碳酸鈣用在建筑涂料及室內無光或半光漆上;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,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、無光油漆和無光乳膠漆中較普遍將輕鈣和重鈣混合使用。

 

 

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世,使它進入了水性系統。目前在各種底漆、中間涂料、路標漆、工業涂料以及內外用建筑涂料中應用。由于滑石粉質地柔軟和磨蝕性低,有良好的懸浮性和分散性,因而在我國涂料工業消費滑石粉填料的比重較大。

片狀結構的滑石粉具有優良的涂刷性、涂膜的流動性和平滑性、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,如防儲存時沉降和涂刷時流掛、改進施工性能等。

涂料工業用滑石粉有許多級別的產品,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;化學預處理的滑石粉也可取代TiO2顏料。

 

滑石粉的一個缺點是吸油量偏高,因此在需要低吸油量的場合,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。工業滑石粉因含有有色雜質而白度下降,因而對填料明度要求很高的場合,一般不用滑石粉作填料。滑石粉具有消光性,故它一般不用于高光澤涂料中。

 

 

高嶺土

 

高嶺土是國外涂料工業廣泛采用的填料之一。以美國用量為最大,近年為30萬噸/年左右,其中煅燒高嶺土為10萬噸/年以上。

 

常見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,但經表面改性處理過的煅燒高嶺土可克服這些缺點。

 

 

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品的附著力和粘結性。另一方面,由于羥基的存在,更容易通過偶聯劑表面處理,增加其交聯、補強的作用,增加產品的物理力學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,厚質拉毛涂料、防火涂料、防水涂料、環保涂料、防腐涂料等,廉價的多孔粉石英可以降低粉末涂料的成本,同時替代硫酸鋇以減少產品中可溶性鋇的含量,達到環保要求。

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(或稱輕質二氧化硅)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顏料,又是性能優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,增進粉末的自由流動,防止結塊和流體化。

 

 

硫酸鋇

 

用作涂料體質顏料的硫酸鋇有天然和合成兩種,天然產品稱重晶石粉,合成產品稱沉淀硫酸鋇。

硫酸鋇外觀為致密的白色粉末,是惰性物質,密度為4.5g/cm3,在體質顏料中最重,化學性質穩定,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、高填充力和高化學惰性的工業底漆和汽車中間涂料,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。

 

 

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。使白漆保持長久明亮的色調。

 

針狀結構的硅灰石(長徑比為10:1 ~20:1),在涂料中可起平光劑的作用,改進涂膜機械強度,有時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揮。可用于油性建筑涂料、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醇酸、環氧等防腐蝕涂料中,提高金屬底漆的防腐蝕性,并部分取代活性防銹顏料。

 

 

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。

 

濕磨云母粉的一個重要應用領域,是用作鈦珠光顏料的載體原料。涂料、油墨、塑料等行業都需要不同規格系列的云母鈦珠光顏料。

 

 

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,可用于汽車油漆中,作為一種效應顏料。

 

 

氫氧化鋁

 

在無機阻燃添加劑范疇內,氫氧化鋁是用量最大和應用最廣的,它不僅阻燃性能好,也可以防止發煙、不產生滴下物、不產生有毒氣體,因此,獲得較廣泛的應用,使用量也在逐年增加。使用范圍:熱固性塑料、熱塑性塑料、合成橡膠、涂料及建材等行業。

氫氧化鋁作為無機阻燃劑,雖然具有優良的阻燃效果,但是其填充量就有了一定高的標準,這么高的填充量勢必影響高聚物與無機物填料的相容性和力學性能,從而導致阻燃制品的性能受到嚴重影響。鑒于以上原因,越來越多的個人或者研究機構對氫氧化鋁進行表面改性(我們叫它活化),活性氫氧化鋁就此產生。活性氫氧化鋁的分子式是AL(OH)3或AL2O3·3H2O,分子量為78,白色粉末,主要含有氫氧化鋁,偶聯劑等。

采用優質原料經超微氣流粉碎分級,偶聯劑表面活化后的氫氧化鋁——活性氫氧化鋁在本質上解決了傳統氫氧化鋁的缺陷問題。1.活性氫氧化鋁作為添加型無鹵素抑煙劑、阻燃劑,其特點是添加量大、阻燃效果好、成本低,很好地改進了材料的抗電弧性、增強抗沖擊強度和抗彎曲強度。2.其表面積有所增大,增加了流動性,粒度分布均勻,穩定性好,不產生腐蝕性氣體。在樹脂中分散性好,加入量較多時,不易發生彎曲發白現象。使用于塑料中,不揮發,不滲出,能長期保留在塑料中。與其他多種物質有著良好的相容性。

活性氫氧化鋁的應用范圍

 

活性氫氧化鋁在制品的生產中應用范圍已經得到了極大的擴展,特別是這些年來,活性氫氧化鋁在電線電纜中的應用取得了實質性的突破,在電線電纜中應用氫氧化鋁作為阻燃劑填料,更加高效的提高了電線電纜的電氣性能,同時也增加了電線電纜的阻燃能力,并且實現了低污染。另活性氫氧化鋁應用于絕緣材料、阻燃膠管、膠帶、風筒布、電器材料等方面。

 

 

 

 

 

 

 

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