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常见非金属矿物填料在涂料中的应用

填料也称作填充剂、增量剂。某些填料同时又是体质颜料。填料从名称上看可能使人联想到:只是起填充作用,不具有大的重要性。但实际上,填料对大多数着色涂层的性能均有很大影响。在化工产品中,填料又称填充剂,是指用以改善加 工性能、制品力学性能并(或)降低成本的固体物料。其中可显著提高制品强度的填料,如长纤维和晶须等常专称增强材料,炭黑称补强填充剂。填料可用以调整涂料的光泽、质地、悬浮性、粘度等,填料的主要类型有碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐和氧化物。

实用填料的粒径范围一般是0.01~44μm,颗粒形貌有球形、针状、纤维状和片状。填料粒子形态影响其包装、涂膜的柔韧性和龟裂性等。粒径和粒径分布影响遮盖力、粘度、涂膜孔隙度、介质和表面活性剂需求量、光泽和细度等。下面将向读者介绍几种常见且用量较大的涂料填料粉体。


1、碳酸钙或白土:CaCO3

无论是内用或外用涂料中,这是一类常用的填料,作用在于控制涂料的光泽、防霉、稠度和降低成本。碳酸钙有天 然和人工合成两种类型(也就重钙和轻钙),粒径范围极广,0.05~44 μm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、金属用底漆和其他高顔料份、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。细粒径品种用于印刷油墨。

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,提高抗法染性能。上碳酸钙是碱性物质,在水基涂料中可起到缓冲剂作用,但不能与对碱敏 感性彩色顔料一起共用,如铁蓝和铬绿;也不能用于可能遇有水溶性铁盐或铜盐之场合。碳酸钙不能用于酸性催化的三聚氰胺聚酯烘漆,因为会与催化剂发生中和反应。

合成碳酸钙(轻钙)填料的CaCO3含量为98%~99%,其粒径小,粒径分布窄,吸油量高,亮度高于重钙。优质的轻钙粒径范围为0.03~8μm,正属于胶体范围。对于内用乳胶漆和纸张涂层遮盖力来看,其粒径约为0.2μm。轻钙适用于需要干遮盖力的场合。经过表面改性后,进一步改进了其湿润和分散性能,用于有光涂料中也无明显失光倾向。在有些配方中能降低表面孔隙的渗 透性,因而提高了头道涂层的封闭作用。

2、硅酸镁或滑石粉:2MgO·4SiO2·H2O

这是一类贮量丰富的矿物,世界各地多有开采,其晶型和相关物理特征随产地不同而有区别,通常是各种晶型的混合物。工业生产的滑石粉对涂料性能的影响受其结构类型或混合物类型、平均粒径和粒径分布的控制。因为大多数滑石粉产品基本是纤维状或片状,所以其分类也是以此为基础的。纤维状滑石粉户外耐久性,但在涂料中流动性较差,涂膜平整度也不足。片状滑石粉能赋予涂料优异的可刷性、流平性、涂膜平整度和保旋光性,也能赋予涂料或油墨一种“润滑”性能。粒状滑石粉数量很少,但具有粘附性和可磨性,这就表明其适用于可打磨的封闭漆或表层涂料。


粒径较粗的滑石粉适用于一些要求粗糙涂膜或“有齿纹”的涂膜,例如内墙用漆、底漆和绉纹漆。粒径中等的品种(Hegman细度值大约为4)适用于房屋用漆,也可作一般填料使用。Heg man细度值为5~7的超细级滑石粉适用于控制半光涂料的光泽、稠度和流挂性能。滑石粉在 胶泥、裂缝填充剂和腻子中用量很大。特殊产品根据要求不同决定选用粗粒径或细粒径滑石粉。


滑石粉可应用于多种工业涂料中,尤其是底漆。钢材结构用底漆可全部或部份用滑石粉,可改进涂料的沉淀性、涂膜的机械力以及再涂覆性。许多制品和闪烘底漆和运输工具用漆优先 选用滑石粉。包括滑石在内的片状硅酸镁因其能提高打磨和抗水性能,所以适用于金属底漆,其中抗水性能可能源自片状粒子延伸了湿气通过涂膜的途径。

3、硅酸铝或瓷土、高岭土:Al2O3·2SiO2·2H2O

瓷土(高岭土)类填料的组成基本是硅酸铝。 瓷土作为一种廉价的填充料消费于造纸工业,目前仍在大量应用。近年来,生产商正使瓷土向适用于涂料工业发展。原先生产中只是简单地通过空气干燥和浮选,现在已被水洗 、严格地粒度控制、煅烧和表面处理所代替,从而提高了产品的档次。在这些改革中,煅烧是重要的工序,所以规模很大。


瓷土粒子形态绝大部分是薄片状,或六角形片状物。用途广的品种粒径大约10μm。所有 品种的瓷土都具有不同程度的亲水性,化学上都是中性,非煅烧品种的吸油量为25~44,煅 烧品种为48~58。亮度为80%~92%反射值。由于其片状体能增强涂膜机械力,所以瓷土能赋予涂膜柔软性。如果用于房屋涂料,抗粉化性比滑石粉更强。瓷土已广泛地应用于金属底漆,以提高其打磨性能。煅烧瓷土 在室内平光墙面漆和需要平整涂膜的涂料中用量不断增加。这类品种的粒径极细,用于彩色半光和有光涂料中能降低浮色和漂浮倾向。在溶剂型涂料中,有些品种瓷土容易沈底结块, 但经过煅烧和表面处理后的品种可克服上述弊端。由于瓷土亲水,所以是水性涂料用的良好的填料,它们在水性涂料中具有很好的悬浮性能,容易分散且赋予涂膜良好的刷涂和流平性。瓷土通常与其他填料一起配用。


4、硫酸钙:CaSO4和CaSO4·2H2O


这类填充顔料以两种基本形态存在:无水石膏和石膏(或石膏粉)。在涂料工业中广为应用的 只有1种形态。无水石膏可通过煅烧石膏而制得。无水石膏色泽明亮,在涂料中分散良好 ,可用于一些有光涂料以及要求其特殊性能的其他类型产品中。无水硫酸钙稍溶于水并形成石膏,所以在乳胶漆中应用贮存时会形成细长状结晶体。然而正 是这种水溶性使其能与乳胶漆中某些组份反应,因而无水石膏粉的应用十分有限。


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