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涂料用填料的性能要求、种类和作用
来源: | 作者:kesikecn | 发布时间: 2022-09-08 | 92 次浏览 | 分享到:
涂料中的填料(体质颜料),通常是白色或稍带颜色的,折射率小于1.7的一类颜料。它具有涂料用颜料的基本物理和化学性能,但由于折射率与成膜物质相近,因而在涂料中是透明的,不具有着色颜料的着色力和遮盖能力,是涂料中不可缺少的一种颜料。

涂料中的填料(体质颜料),通常是白色或稍带颜色的,折射率小于1.7的一类颜料。它具有涂料用颜料的基本物理和化学性能,但由于折射率与成膜物质相近,因而在涂料中是透明的,不具有着色颜料的着色力和遮盖能力,是涂料中不可缺少的一种颜料。

由于填料绝大多数来自天然矿石加工产品,其化学稳定、耐磨、耐水等特性好,且价格低廉,在涂料中起骨架作用。通过填充增加涂膜的厚度,改善涂膜力学性能,并能起耐久、防腐蚀、隔热、消光等作用。

另一方面把它作为降低涂料制造成本的一种途径,利用其价廉、价格远远低于彩颜料,在满足漆膜遮盖力的前提下,适当添加体质颜料来补充彩色颜料在漆中应有的体积。

主要作用与功能

1、在涂料中起骨架、填充作用,增加漆膜厚度,使漆膜丰满坚实;

2、调节涂料的流变性能,如增稠、防沉淀等;

3、改善漆膜的机械强度,如提高耐磨性和耐久性(如:硅微粉);

4、调节涂料的光学性能,改变涂膜的外观,如消光等;

5、成膜物质发生化学反应,使之成一个整体,使涂膜能有效地阻挡光线的穿透,提高其耐水性和耐候性,延长涂膜的使用寿命;

6、作为涂料中的体积填充,减少树脂用量,降低生产成本;

7、对涂膜的化学性能起辅助作用,如增强防锈、抗湿、阻燃性等。

性能要求

不同的涂料品种和等级对填料的技术要求是不一样的,但对涂料用填料的一般要求如下。

1、白度高,特别是在对涂膜颜色要求很高的涂料中,白度一般要求在93%以上。

2、易分散,这不仅有利于降低涂料生产时研磨分散的能耗和时间,更重要的是有利于涂料性能的发挥,因为填料和颜料的分散好坏,对涂膜性能(光泽、颜色、耐久性等)有直接的影响。

3、要有较低的吸油性,吸油值低才能提高涂料的临界颜料体积浓度(CPVC),节约树脂基料,才能适应符合环保要求的现代高固体分涂料的要求,才能制备出含量更高的预分散填料浆,才能与吸油值日趋降低的颜料(特别是钛白粉、增白粉)相配套。涂料常用非金属矿物填料的吸油值。

4、应当有确定的粒度和窄的粒度分布,筛余物应尽可能低,现在涂料要求填料在许多应用领域里具有微细化甚至超细化的粒径,这样才能发挥它在涂料中的空间位隔作用,使涂膜中的颜料粒子均匀分布,从而***限度地发挥颜料的遮盖(如钛白粉、增白粉)、着色(如彩色颜料)和防锈(如防锈颜料)等潜力,起到部分替代颜料的作用。

5、能使涂料具有良好的流变性(流动性、流平性、悬浮性、增稠性等),使涂料在储存时不沉淀,便于施工成膜,形成光滑平整的涂膜。

6、应与涂料中的基料、颜料和其他添加剂有良好的相容性但同时也应有一定的惰性,不与上述成分发生化学反应。

7、具有适宜的比表面积,因为它影响着涂料的黏度、流变性、分散稳定性、沉降性和吸油量等。

8、具有确定的粒子形状和晶体形态,使涂料具有确定的折射率等光学性能和保证填料在涂料中应有的功能。

涂料中各填料的作用

1、碳酸钙

碳酸钙有天然和人工合成 ( 沉淀法生产 ) 两种类型, 粒径范围极广, 0.05 ~44 μ m都可适用。天然碳酸钙用量很大, 因其价格便宜, 在有些用途中是相当合适的。 

粒径较粗的品种只限制用于腻子、 嵌缝浆、 金属用底漆和其它高颜料份、 要求流动和粗糙面的制品中。粗粒径碳酸钙消光能力很低。中等粒径品种主要用于内用平光和半光涂料以及房屋用涂料。细粒径品种大部份是通过沉淀法生产的, 用于印刷油墨。通常是将两种粒径的碳酸钙配合使用以获得性能平衡。

天然碳酸钙填料也广泛地应用于户外房屋用涂料, 可单独应用, 也可与滑石粉配用。与滑石粉相比,天然碳酸钙能降低粉化速率,改进保色性, 提高抗污染性能。

2、有机膨润土

有机膨润土是一种无机矿物/有机铵复合物,以膨润土为原料,利用膨润土中蒙脱石的层片状结构及其能在水或有机溶剂中溶胀分散成胶体级粘粒特性,通过离子交换技术插入有机覆盖剂而制成的。有机膨润土在各类有机溶剂、油类、液体树脂中能形成凝胶,具有良好的增稠性、触变性、悬浮稳定性、高温稳定性、润滑性、成膜性,耐水性及化学稳定性,在涂料工业中有重要的应用价值。

3、滑石粉

滑石主要成分是滑石含水的硅酸镁,分子式为Mg3[Si4O10](OH)2。滑石属单斜晶系。晶体呈假六方或菱形的片状,偶见。通常成致密的块状、叶片状 、放射状、纤维状集合体。无色透明或白色,但因含少量的杂质而呈现浅绿、浅黄、浅棕甚至浅红色;解理面上呈珍珠光泽。

滑石粉具有润滑性、耐火性、抗酸性、绝缘性、熔点高、化学性不活泼、遮盖力良好、柔软、光泽好、吸附力强等优良物理、化学特性,由于滑石的结晶构造是呈层状的,所以具有易分裂成鳞片 的趋向和特殊的滑润性。

滑石粉具有良好的悬浮性和易分散性,且腐蚀性低,在涂料中,滑石粉作为填料可起到骨架作用,降低制造成本的同时提高涂料的漆膜硬度。还具有提高产品形状的稳定性,增加张力强度、剪切强度、压力强度,降低变形、伸张率、热膨胀系数,白度高、粒度均匀分散性强等特点。片状粒子结构的滑石粉可使涂膜具有很高的耐水性和瓷漆不渗性,纤维状粒子结构的滑石粉,可使涂料的流变性及流平性得到很好的改善,同时可提高涂料的耐候性。

滑石粉主要应用于底漆和中间涂料,许多制品和闪烘底漆和运输工具用漆优先选用滑石粉。钢材结构用底漆可全部或部分用滑石粉,以改进涂料的沉淀性、涂膜的机械力以及再涂覆性。 

4、硅灰石粉

硅灰石的化学分子式为CaSiO3,理论化学成分:CaO48.25%、SiO251.75%。自然界中纯硅灰石罕见,在其形成过程中,Ca有时被Fe、Mn、Ti、Sr等离子部分置换而呈类质同象体,并混有少量的Al和微量K、Na。

在涂料行业中,硅灰石粉作油漆、涂料的填料,可改进产品的物化性能,持久性耐候性,减少油漆的光泽度,增强涂料的扩张能力,减少裂纹,而且还可以减少吸油量,增强抗腐能力。硅灰石色泽光亮,反射率高,适于生产高质量的白漆和清亮透明的有色漆。针状硅灰石粉有很好的平光性,颜色覆盖率高且分布均匀,具有抗紫外线的特性。在内墙涂料、外墙涂料、特种涂料以及乳胶漆中得到广泛的应用。粒度超细,白度、PH值越高,油漆色泽和涂敷性越好,且油漆显碱性可用作钢材等金属设备的防腐涂层。

5、灰钙粉

灰钙粉是一种气硬性胶凝材料, 应用于建筑涂料中能够提高涂料的耐水性、耐洗刷性等。由于灰钙粉能够在较低的成本下赋予涂料优异性能, 因而近年来人们根据国家标准的新要求, 将灰钙粉应用于合成树脂乳液涂料中, 使涂料能够在较低的成本下满足 GB/T 9756—2001 和 GB 18582—2001 的要求,且涂料的容器中状态、流平性和涂膜的手感等均好。因而,在新的要求下,灰钙粉仍具有应用价值。但是,灰钙粉类涂料应用于旧涂膜时涂膜变黄的可能性仍然存在, 所以也不应当夸大灰钙粉的作用, 而只能将其用之于中低档内墙涂料。

6、云母粉

云母粉是一种非金属矿物,含有多种成分,其中主要有SiO2,含量一般在49%左右,Al2O3含量在30%左右。云母粉具有良好的弹性、韧性。绝缘性、耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、附着力强等特性,是一种优良的添加剂。

云母粉在涂料中的应用主要体现在以下几个方面:

1)阻隔作用:片状填料在漆膜内形成基本平行的取向排列,水和其它腐蚀性物质对漆膜的渗透受到强烈阻隔,在使用优质绢云母粉的情况下(晶片的径厚比至少50倍,最好70倍以上),水和其它腐蚀性物质穿透漆膜的穿透时间一般延长3倍。由于绢云母粉填料比特种树脂廉价得多,所以具有非常高的技术价值和经济价值。使用优质绢云母粉是提高防腐涂料和外墙涂料等品质和性能的重要手段。在涂装过程中,绢云母晶片在漆膜固化前受到表面张力的作用而躺下,自动形成互相平行,而且与漆膜表面也平行的结构。这样的层层排列,其取向正好与腐蚀性物质穿透漆膜的方向相垂直,阻隔作用的发挥最为充分。

2)改善漆膜的物理机械性能:使用绢云母粉可以改善漆膜的一系列物理机械性能。其中的关键是填料的形态学特征,即片状填料的径厚比和纤维状填料的长径比,颗粒装填料如同混凝土中的沙石,起到钢筋的增强作用。

3)提高漆膜的抗磨性能:树脂本身的硬度都有限,而不少填料的强度也不高(如滑石粉)。相反,绢云母是花岗岩的成分之一,其硬度和机械强度很大。所以,涂料中加入绢云母粉作填料,其抗磨性能可明显提高。车用涂料、路面涂料、机械防腐涂料、墙面涂料大多使用绢云母粉。

4)绝缘性能:绢云母具有极高的电阻,本身就是最优异的绝缘材料。与有机硅树脂或有机硅硼树脂形成复配物,遇到高温时转化为机械强度和绝缘性能良好的陶瓷性物质,因此用这类绝缘材料制成的电线、电缆,即使在火灾中烧毁之后,仍然保持原有的绝缘状态。对于矿井、隧道、特殊建筑物、特殊设施等非常重要。

5)阻燃:绢云母粉是很有价值的阻燃填料,如果配合有机卤阻燃剂,可制得阻燃性和防火性涂料。

6)抗紫外、红外线性能:绢云母具有优异的屏蔽紫外线和红外线等的性能。所以在户外用涂料中添加湿法绢云母粉,就可以大幅度提高漆膜的抗紫外线性能,延缓漆膜的老化。它的屏蔽红外线的性能被用于配制保温、隔热材料(如涂料)。

7)热辐射和高温涂料:绢云母有良好的红外辐射能力,如与氧化铁等配合,可以造成优异的热辐射效果。

8)隔音减震作用 :绢云母能显著改变材料的一系列物理模量,形成或改变材料的粘弹性。这类材料高效率地吸收振动能量、削弱震动波和声波。另外,震动波和声波在云母晶片之间形成反复反射,也造成削弱其能量的作用。绢云母粉也被用来配制消声、隔音、减震涂料。

7、煅烧高岭土

煅烧高岭土具有白度高、覆盖力遮盖力强、光泽亮、粒度细、吸附速度快、耐酸碱性极好,吸油量适中,物化性能稳定等特点,是一种新型可塑性添加剂, 无毒无味属于环保型功能性填料, 它可替代部分钛白粉和全部替代立德粉等直接降低产品成本。 性能:可塑性、粘结性、分散性、绝缘性、烧结性、阻燃性、耐火性、吸附性、耐侯性、化学稳定性。

8、二氧化硅

二氧化硅(白炭黑)外观为白色超细粉末,无毒,无味,无臭;二氧化硅(白炭黑)具有强烈的吸湿性 , 良好的电绝弓性和绝热性,加热条件下不分解,除氢氟酸以外,不溶于常见的酸、碱、盐溶液。

二氧化硅(白碳黑)是一种多用途的化工材料,主要用作硅橡胶的补强剂; 二氧化硅(白碳黑)有严格的粒度分布,在涂料中有良好的消光性能和增稠性能 , 于涂料油漆、原子灰、做增稠剂,触变剂,在簿膜和粉状材料中作防粘剂等, 可部分或全部替代价格昂贵的气相二氧化硅。

非处理型气相白炭黑(二氧化硅)是气相白炭黑的通用产品,可应用在涂料油墨中发挥下述重要功能。 液体中,流变控制,防沉淀;粉体中,自由流动,防止结块,流体化。

9、硫酸钡(重晶石粉)

硫酸钡(重晶石粉)是具有化学惰性强,稳定性好,耐酸碱,硬度适中,高比重,高白度,能吸收有害射线的环保材料,广泛用于各种涂料,中高档油墨, 医药合成化工, 橡胶、造纸、陶瓷、化妆品等领域。

精制硫酸钡广泛用于各种涂料(水性、油性及粉末涂料),油墨,造纸,工程塑料,高档电绝缘塑胶、橡胶制品等。硫酸钡可作为白色涂料,亦可作填充剂用于橡胶与造紙,可增加其重量和光滑程度。沉淀硫酸钡在橡胶、塑料、造纸、油漆、油墨、涂料等行业用作填料、增光剂、加重剂。

10、硅微粉

硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料,主要通过天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO2)经破碎、球磨(或振动、气流磨)、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。由于硅微粉具有耐温性好、耐酸碱腐蚀、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能,被广泛用于化工、电子、集成电路(IC)、电器、塑料、涂料、高级油漆、橡胶、国防等领域。在涂料油漆行业中,硅微粉体现出粒径细、硬度高、悬浮性和分散性好、吸油量低、电阻率高等特点,基于这些特性,在涂料油漆中添加硅微粉,有助于提高涂料的抗腐蚀性、耐磨性、绝缘性和耐高温性能。

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