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涂料用填料的性能要求、種類和作用
來源: | 作者:kesikecn | 發布時間: 2022-09-08 | 83 次瀏覽 | 分享到:
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。

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。

主要作用與功能

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(如:硅微粉);

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、作為涂料中的體積填充,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。

性能要求

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。

1、白度高,特別是在對涂膜顏色要求很高的涂料中,白度一般要求在93%以上。

2、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。

3、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、增白粉)相配套。涂料常用非金屬礦物填料的吸油值。

4、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***限度地發揮顏料的遮蓋(如鈦白粉、增白粉)、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

涂料中各填料的作用

1、碳酸鈣

碳酸鈣有天然和人工合成 ( 沉淀法生產 ) 兩種類型, 粒徑范圍極廣, 0.05 ~44 μ m都可適用。天然碳酸鈣用量很大, 因其價格便宜, 在有些用途中是相當合適的。 

粒徑較粗的品種只限制用于膩子、 嵌縫漿、 金屬用底漆和其它高顏料份、 要求流動和粗糙面的制品中。粗粒徑碳酸鈣消光能力很低。中等粒徑品種主要用于內用平光和半光涂料以及房屋用涂料。細粒徑品種大部份是通過沉淀法生產的, 用于印刷油墨。通常是將兩種粒徑的碳酸鈣配合使用以獲得性能平衡。

天然碳酸鈣填料也廣泛地應用于戶外房屋用涂料, 可單獨應用, 也可與滑石粉配用。與滑石粉相比,天然碳酸鈣能降低粉化速率,改進保色性, 提高抗污染性能。

2、有機膨潤土

有機膨潤土是一種無機礦物/有機銨復合物,以膨潤土為原料,利用膨潤土中蒙脫石的層片狀結構及其能在水或有機溶劑中溶脹分散成膠體級粘粒特性,通過離子交換技術插入有機覆蓋劑而制成的。有機膨潤土在各類有機溶劑、油類、液體樹脂中能形成凝膠,具有良好的增稠性、觸變性、懸浮穩定性、高溫穩定性、潤滑性、成膜性,耐水性及化學穩定性,在涂料工業中有重要的應用價值。

3、滑石粉

滑石主要成分是滑石含水的硅酸鎂,分子式為Mg3[Si4O10](OH)2?;瘜賳涡本?。晶體呈假六方或菱形的片狀,偶見。通常成致密的塊狀、葉片狀 、放射狀、纖維狀集合體。無色透明或白色,但因含少量的雜質而呈現淺綠、淺黃、淺棕甚至淺紅色;解理面上呈珍珠光澤。

滑石粉具有潤滑性、耐火性、抗酸性、絕緣性、熔點高、化學性不活潑、遮蓋力良好、柔軟、光澤好、吸附力強等優良物理、化學特性,由于滑石的結晶構造是呈層狀的,所以具有易分裂成鱗片 的趨向和特殊的滑潤性。

滑石粉具有良好的懸浮性和易分散性,且腐蝕性低,在涂料中,滑石粉作為填料可起到骨架作用,降低制造成本的同時提高涂料的漆膜硬度。還具有提高產品形狀的穩定性,增加張力強度、剪切強度、壓力強度,降低變形、伸張率、熱膨脹系數,白度高、粒度均勻分散性強等特點。片狀粒子結構的滑石粉可使涂膜具有很高的耐水性和瓷漆不滲性,纖維狀粒子結構的滑石粉,可使涂料的流變性及流平性得到很好的改善,同時可提高涂料的耐候性。

滑石粉主要應用于底漆和中間涂料,許多制品和閃烘底漆和運輸工具用漆優先選用滑石粉。鋼材結構用底漆可全部或部分用滑石粉,以改進涂料的沉淀性、涂膜的機械力以及再涂覆性。 

4、硅灰石粉

硅灰石的化學分子式為CaSiO3,理論化學成分:CaO48.25%、SiO251.75%。自然界中純硅灰石罕見,在其形成過程中,Ca有時被Fe、Mn、Ti、Sr等離子部分置換而呈類質同象體,并混有少量的Al和微量K、Na。

在涂料行業中,硅灰石粉作油漆、涂料的填料,可改進產品的物化性能,持久性耐候性,減少油漆的光澤度,增強涂料的擴張能力,減少裂紋,而且還可以減少吸油量,增強抗腐能力。硅灰石色澤光亮,反射率高,適于生產高質量的白漆和清亮透明的有色漆。針狀硅灰石粉有很好的平光性,顏色覆蓋率高且分布均勻,具有抗紫外線的特性。在內墻涂料、外墻涂料、特種涂料以及乳膠漆中得到廣泛的應用。粒度超細,白度、PH值越高,油漆色澤和涂敷性越好,且油漆顯堿性可用作鋼材等金屬設備的防腐涂層。

5、灰鈣粉

灰鈣粉是一種氣硬性膠凝材料, 應用于建筑涂料中能夠提高涂料的耐水性、耐洗刷性等。由于灰鈣粉能夠在較低的成本下賦予涂料優異性能, 因而近年來人們根據國家標準的新要求, 將灰鈣粉應用于合成樹脂乳液涂料中, 使涂料能夠在較低的成本下滿足 GB/T 9756—2001 和 GB 18582—2001 的要求,且涂料的容器中狀態、流平性和涂膜的手感等均好。因而,在新的要求下,灰鈣粉仍具有應用價值。但是,灰鈣粉類涂料應用于舊涂膜時涂膜變黃的可能性仍然存在, 所以也不應當夸大灰鈣粉的作用, 而只能將其用之于中低檔內墻涂料。

6、云母粉

云母粉是一種非金屬礦物,含有多種成分,其中主要有SiO2,含量一般在49%左右,Al2O3含量在30%左右。云母粉具有良好的彈性、韌性。絕緣性、耐高溫、耐酸堿、耐腐蝕、附著力強等特性,是一種優良的添加劑。

云母粉在涂料中的應用主要體現在以下幾個方面:

1)阻隔作用:片狀填料在漆膜內形成基本平行的取向排列,水和其它腐蝕性物質對漆膜的滲透受到強烈阻隔,在使用優質絹云母粉的情況下(晶片的徑厚比至少50倍,最好70倍以上),水和其它腐蝕性物質穿透漆膜的穿透時間一般延長3倍。由于絹云母粉填料比特種樹脂廉價得多,所以具有非常高的技術價值和經濟價值。使用優質絹云母粉是提高防腐涂料和外墻涂料等品質和性能的重要手段。在涂裝過程中,絹云母晶片在漆膜固化前受到表面張力的作用而躺下,自動形成互相平行,而且與漆膜表面也平行的結構。這樣的層層排列,其取向正好與腐蝕性物質穿透漆膜的方向相垂直,阻隔作用的發揮最為充分。

2)改善漆膜的物理機械性能:使用絹云母粉可以改善漆膜的一系列物理機械性能。其中的關鍵是填料的形態學特征,即片狀填料的徑厚比和纖維狀填料的長徑比,顆粒裝填料如同混凝土中的沙石,起到鋼筋的增強作用。

3)提高漆膜的抗磨性能:樹脂本身的硬度都有限,而不少填料的強度也不高(如滑石粉)。相反,絹云母是花崗巖的成分之一,其硬度和機械強度很大。所以,涂料中加入絹云母粉作填料,其抗磨性能可明顯提高。車用涂料、路面涂料、機械防腐涂料、墻面涂料大多使用絹云母粉。

4)絕緣性能:絹云母具有極高的電阻,本身就是最優異的絕緣材料。與有機硅樹脂或有機硅硼樹脂形成復配物,遇到高溫時轉化為機械強度和絕緣性能良好的陶瓷性物質,因此用這類絕緣材料制成的電線、電纜,即使在火災中燒毀之后,仍然保持原有的絕緣狀態。對于礦井、隧道、特殊建筑物、特殊設施等非常重要。

5)阻燃:絹云母粉是很有價值的阻燃填料,如果配合有機鹵阻燃劑,可制得阻燃性和防火性涂料。

6)抗紫外、紅外線性能:絹云母具有優異的屏蔽紫外線和紅外線等的性能。所以在戶外用涂料中添加濕法絹云母粉,就可以大幅度提高漆膜的抗紫外線性能,延緩漆膜的老化。它的屏蔽紅外線的性能被用于配制保溫、隔熱材料(如涂料)。

7)熱輻射和高溫涂料:絹云母有良好的紅外輻射能力,如與氧化鐵等配合,可以造成優異的熱輻射效果。

8)隔音減震作用 :絹云母能顯著改變材料的一系列物理模量,形成或改變材料的粘彈性。這類材料高效率地吸收振動能量、削弱震動波和聲波。另外,震動波和聲波在云母晶片之間形成反復反射,也造成削弱其能量的作用。絹云母粉也被用來配制消聲、隔音、減震涂料。

7、煅燒高嶺土

煅燒高嶺土具有白度高、覆蓋力遮蓋力強、光澤亮、粒度細、吸附速度快、耐酸堿性極好,吸油量適中,物化性能穩定等特點,是一種新型可塑性添加劑, 無毒無味屬于環保型功能性填料, 它可替代部分鈦白粉和全部替代立德粉等直接降低產品成本。 性能:可塑性、粘結性、分散性、絕緣性、燒結性、阻燃性、耐火性、吸附性、耐侯性、化學穩定性。

8、二氧化硅

二氧化硅(白炭黑)外觀為白色超細粉末,無毒,無味,無臭;二氧化硅(白炭黑)具有強烈的吸濕性 , 良好的電絕弓性和絕熱性,加熱條件下不分解,除氫氟酸以外,不溶于常見的酸、堿、鹽溶液。

二氧化硅(白碳黑)是一種多用途的化工材料,主要用作硅橡膠的補強劑; 二氧化硅(白碳黑)有嚴格的粒度分布,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、做增稠劑,觸變劑,在簿膜和粉狀材料中作防粘劑等, 可部分或全部替代價格昂貴的氣相二氧化硅。

非處理型氣相白炭黑(二氧化硅)是氣相白炭黑的通用產品,可應用在涂料油墨中發揮下述重要功能。 液體中,流變控制,防沉淀;粉體中,自由流動,防止結塊,流體化。

9、硫酸鋇(重晶石粉)

硫酸鋇(重晶石粉)是具有化學惰性強,穩定性好,耐酸堿,硬度適中,高比重,高白度,能吸收有害射線的環保材料,廣泛用于各種涂料,中高檔油墨, 醫藥合成化工, 橡膠、造紙、陶瓷、化妝品等領域。

精制硫酸鋇廣泛用于各種涂料(水性、油性及粉末涂料),油墨,造紙,工程塑料,高檔電絕緣塑膠、橡膠制品等。硫酸鋇可作為白色涂料,亦可作填充劑用于橡膠與造紙,可增加其重量和光滑程度。沉淀硫酸鋇在橡膠、塑料、造紙、油漆、油墨、涂料等行業用作填料、增光劑、加重劑。

10、硅微粉

硅微粉是一種無毒、無味、無污染的無機非金屬材料,主要通過天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英經高溫熔融、冷卻后的非晶態SiO2)經破碎、球磨(或振動、氣流磨)、浮選、酸洗提純、高純水處理等多道工藝加工而成的微粉。由于硅微粉具有耐溫性好、耐酸堿腐蝕、高絕緣、低膨脹、化學性能穩定、硬度大等優良的性能,被廣泛用于化工、電子、集成電路(IC)、電器、塑料、涂料、高級油漆、橡膠、國防等領域。在涂料油漆行業中,硅微粉體現出粒徑細、硬度高、懸浮性和分散性好、吸油量低、電阻率高等特點,基于這些特性,在涂料油漆中添加硅微粉,有助于提高涂料的抗腐蝕性、耐磨性、絕緣性和耐高溫性能。

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