各种常见填料在涂料中应用.doc

各種常見填料在塗料中的應用(1) 填充顔料(填料)從名稱上看可能使人聯想到：不具有大的重量要性，其價值僅是供膚 淺的研究之用。但實際上，填料對大多數著色塗層的性能均有很大影響。因爲填料類型多， 性能差異極大，大多數塗料配方人員尚未徹底搞清其性能和最佳應用場合。這種情況提出了 一個問題，就是利用專用型填料以提高塗料産品質量的可能性。白色填充顔料是折光指數相當低的礦物性物料，互相之間的區別在於組成，粒徑和粒形，在 有光和半光塗料中呈現出很低的遮蓋性能，但在平光漆中卻能在低成本的基礎上賦予塗層一 種“高幹遮蓋”效應(空氣/顔料介面間)。因此，填料可用以調整塗料的光澤、質地、懸浮 性、粘度等，填料的主要類型有碳酸鹽、矽酸鹽、硫酸鹽和氧化物。實用填料的粒徑範圍是0.0144m，形態有球形、針狀、纖維狀和片狀。填料粒子形態影 響其包裝、塗膜的柔韌性和龜裂性等。粒徑和粒徑分佈影響遮蓋力、粘度、塗膜孔隙度、介 質和表面活性劑需求量、光澤和細度等。填料與塗料基料之間反應性是很重要的，它將影響 塗膜的耐鹽霧、起泡、銹蝕和龜裂性能。在用一種填料取代另一種以産生相當塗料性能方面已進行了大量工作，並發現當填料互相以 等重量或等體積進行替代時，會産生不同的塗料性能如：稠度、耐久性、滲透性、耐擦洗性 、耐污染性、保光性等等。填料是通過研磨天然礦石，或通過化學沈澱後再加工精製和粒度分級而制得的，其分離過程 包括用濕法或幹法篩分，浮選和離心分離。原料和加工工藝可能影響其顔料性能。碳酸鈣或白土：CaCO3無論是內用或外用塗料中，這是一類最常用的填料，作用在於控制塗料的光澤、防黴、稠度 和降低成本。碳酸鈣有天然和人工合成(沈澱法生産) 兩種類型， 粒徑範圍極廣，0.0544 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 用於膩子、嵌縫漿、金屬用底漆和其他高顔料份、要求流動和粗糙面的製品中。粗粒徑碳酸 鈣消光能力很低。中等粒徑品種主要用於內用平光和半光塗料以及房屋用塗料。細粒徑品種 大部份是通過沈澱法生産的，用於印刷油墨。通常是將兩種粒徑的碳酸鈣配合使用以獲得性 能平衡。天然碳酸鈣填料的原料有石灰石、大理石、英國碳酸鈣。大多數品種CaCO3含量爲95%99 %。有些品種是幹磨後再經浮選而製備的。較細的是用濕磨，隨後再通過沈澱或離心法分級 。許多品牌之間的粒形、平均粒徑、粒徑分佈和純度差別很大。天然碳酸鈣填料也廣泛地應用於戶外房屋用塗料，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，提高抗法染性能。上述用途提出了對粒 徑的特定要求。細粒徑品種，尤其是稱爲“微細”級品種，能使塗層産生裂紋傾向。經過測 試證明這類碳酸鈣填料粒徑應較大，介質需求量較低，活性也應較低。這類填料也適用於戶 外房屋用乳膠漆以提高保色性能。碳酸鈣是鹼性物質，在水基塗料中可起到緩衝劑作用，但不能與對堿敏感性彩色顔料一起共 用，如鐵藍和鉻綠；也不能用於可能遇有水溶性鐵鹽或銅鹽之場合。碳酸鈣不能用於酸性催 化的三聚氰胺聚酯烘漆，因爲會與催化劑發生中和反應。 作爲一種類型，沈澱或合成碳酸鈣填料的CaCO3含量爲98%99%，其粒徑小，粒徑分佈狹 窄，吸油量高，亮度高於天然産品。其中更好品牌的粒徑範圍爲0.038m，正屬於膠體範圍。有報道說，對於內用乳膠漆和紙張塗層遮蓋力來看，其最佳粒徑約爲0.2m。沈澱碳 酸鈣最適用於需要最高幹遮蓋力的場合。有些品種經過松香或脂肪酸表面處理，進一步改進 了其濕潤和分散性能，用於有光塗料中也無明顯失光傾向。在有些配方中能降低表面孔隙的 滲透性，因而提高了頭道塗層的封閉作用。矽酸鎂或滑石粉：2MgO4SiO2H2O這是一類貯量豐富的礦物，世界各地多有開採，其晶型和相關物理特徵隨産地不同而有區別 ，通常是各種晶型的混合物。工業生産的滑石粉對塗料性能的影響受其結構類型或混合物類 型、平均粒徑和粒徑分佈的控制。因爲大多數滑石粉産品基本是纖維狀或片狀，所以其分類 也是以此爲基礎的。纖維狀滑石粉戶外耐久性最好，但在塗料中流動性較差，塗膜平整度也 不足。片狀滑石粉能賦予塗料優異的可刷性、流平性、塗膜平整度和保光性，也能賦予塗料 或油墨一種“潤滑”性能。粒狀滑石粉數量很少，但具有最好的粘附性和可磨性，這就表明 其適用於可打磨的封閉漆或表層塗料。許多品牌滑石粉是專爲特殊用途或目的而設計和生産的，其粒徑從相當粗、吸油量很低的大 粒徑到吸油量很高的“超細”級而變化，後者的Hegman細度值可高到7。市場上也有經過表 面處理、吸油量很低、Hegman細度值只有67的滑石粉品種，這類品種適用於有光磁級。滑 石粉的性能也隨要求不同而有區別。滑石粉的乾粉亮度高，在水性和油性系統中的色相均較 好。滑石粉在所有液體塗料中都容易濕潤和分散，如有機溶劑、清漆、醇酸和水性體系；分 散過程中僅需要適度的攪拌。滑石粉在塗料中具有優異的懸浮性，也能有助於體系中其他顔 料保持懸浮狀態。粒徑較粗的滑石粉適用於一些要求粗糙塗膜或“有齒紋”的塗膜，例如內牆用漆、底漆和縐 紋漆。粒徑中等的品種(Hegman細度值大約爲4)適用於房屋用漆，也可作一般填料使用。Heg man細度值爲57的超細級滑石粉適用於控制半光塗料的光澤、稠度和流挂性能。滑石粉在 膠泥、裂縫填充劑和膩子中用量很大。特殊産品根據要求不同決定選用粗粒徑或細粒徑滑石 粉。滑石粉可應用於多種工業塗料中，尤其是底漆。鋼材結構用底漆可全部或部份用滑石粉，可 改進塗料的沈澱性、塗膜的機械力以及再塗覆性。許多製品和閃烘底漆和運輸工具用漆優先 選用滑石粉。包括滑石在內的片狀矽酸鎂因其能提高打磨和抗水性能，所以適用於金屬底漆 ，其中抗水性能可能源自片狀粒子延伸了濕氣通過塗膜的途徑。矽酸鋁或瓷土、高嶺土：Al2O32SiO22H2O瓷土(高嶺土)類填料的組成基本是矽酸鋁，産于美國卡羅來納、佐治亞州以及英格蘭等地。 最初，瓷土作爲一種廉價的填充料消費於造紙工業，目前仍在大量應用。近年來，生産商正 使瓷土向適用於塗料工業發展。原先生産中只是簡單地通過空氣乾燥和浮選，現在已被水洗 、嚴格地粒度控制、煆燒和表面處理所代替，從而提高了産品的檔次。在這些改革中，煆燒 是最重要的工序，所以規模很大。瓷土粒子形態絕大部分是薄片狀，或六角形片狀物。用途最廣的品種粒徑大約10m。所有 品種的瓷土都具有不同程度的親水性，化學上都是中性，非煆燒品種的吸油量爲2544，煆 燒品種爲4858。亮度爲80%92%反射值。瓷土填料每加侖體積大約重21.6磅，比碳酸鈣大 約少1磅。由於其片狀體能增強塗膜機械力，所以瓷土能賦予塗膜柔軟性。如果用於房屋塗 料，抗粉化性比滑石粉更強。瓷土已廣泛地應用於金屬底漆，以提高其打磨性能。煆燒瓷土 在室內平光牆面漆和需要平整塗膜的塗料中用量不斷增加。這類品種的粒徑極細，用於彩色 半光和有光塗料中能降低浮色和漂浮傾向。在溶劑型塗料中，有些品種瓷土容易沈底結塊， 但經過煆燒和表面處理後的品種可克服上述弊端。由於瓷土親水，所以是水性塗料用的良好的填料，它們在水性塗料中具有很好的懸浮性能， 容易分散，且賦予塗膜良好的刷塗和流平性。瓷土通常與其他填料一起配用。硫酸鈣：CaSO4和CaSO42H2O這類填充顔料以兩種基本形態存在：無水石膏和石膏(或石膏粉)。在塗料工業中廣爲應用的 只有第一種形態。無水石膏可通過煆燒石膏而制得。無水石膏色澤明亮，在塗料中分散良好 ，可用於一些有光塗料以及要求其特殊性能的其他類型産品中。無水硫酸鈣稍溶于水並形成石膏，所以在乳膠漆中應用貯存時會形成細長狀結晶體。然而正 是這種水溶性使其能與乳膠漆中某些組份反應，因而無水石膏粉的應用十分有限。重晶石或硫酸鋇：BaSO4實用的硫酸鋇填充顔料有兩種形態：研磨後的重晶石粉以及沈澱硫酸鋇。在通過研磨和漂洗 工藝生産重晶石粉過程中，近期的進展是改進色相和細度；而且有優異色相和更細粒徑的沈 澱法硫酸鋇在塗料工業中尚未大量應用，因爲前者已能滿足要求，且成本更低。硫酸鋇的主 要用途是工業底漆，包括汽車底漆。因爲吸油量低，密度大，粒狀或球形結構，所以具有良 好的填充性能，有助於光澤並具有良好的保光性。硫酸鋇幾乎都用於頭道漆光澤很重要的這 類塗料中。化學隋性使其在高酸性條件下應用的某引起需要抗化學性塗料中是大有價值的。 二氧化矽：SiO2實用的二氧化矽有三種不同類型：(1)將石英進行研磨和分級而制得的普通二氧化矽；(2)矽 藻土；(3)合成二氧化矽；(1)石英型或結晶型二氧化矽：用途相當有限。這類填料分散困難，容易沈底結塊。由於不 耐磨，所以在輥磨或球磨中研磨時會嚴重變色。它是木器填充劑中所用的主要填料，爲此， 它具有良好的綜合性能，吸油量低導致收縮性也低，與基料不起反應，塗膜粗糙度良好。 (2)矽藻土或無定形二氧化矽：由於消光效果好，這類二氧化矽用途很廣。其二氧化矽含量 大約爲83%95%。大多數産品是白色，少數是淺灰、淺粉或米色。表觀密度低，吸油量高， 加上不規則的結構，這些綜合因素使其産生很高的消光效應、增稠能力和良好的懸浮性能。 矽藻土廣泛地應用于內用平光牆面塗料。由於孔隙多，質地脆，所以對平光牆面塗料的去汙 和耐擦洗性能有負面影響，但比其他多數填料在磨擦和洗滌之後更能增亮光澤。這類二氧化 矽也已用於戶外房屋塗料消光，有報道說有助於綜合耐久性，具體應用比例根據稠度、刷塗 性和流動性結果而定。制漆中不用研磨只用高速攪拌或卵石磨進行簡短分散是有利的，否則 ，這種二氧化矽的脆性粒子可能被破壞，從而大大降低其消光能力和在塗料中的懸浮性能。 由於在塗料生産中二氧化矽粒徑明顯降低是不現實的，所以仔細選擇矽藻土的品牌並用Hegm an計測定細度是非常重要的。(3)合成二氧化矽：這也是一種無定形二氧化矽，通過合成法生産，消光能力很強，適用於 硝基噴漆、清漆和磁漆以降低光澤。雲母：K2O3Al2O36SiO22H2O雲母中包含有組成和性質各不相同的幾種礦物，由上式表示的白雲母是雲母粉填料常用的原 料。雲母以象書本一樣多層晶狀薄片體形式存大於自然界。當礦石在壓縮空氣作用下剝離成 碎片，再經過濕磨和乾粉便制得雲母填料。濕磨後品種用途最廣，粒徑相當大，約爲325目( 43m)。也有粒徑僅爲510m的品種。雲母具有獨特的片狀結構，這是其賦予塗膜特殊性能的根本原因，包括增強塗膜的機械力， 增加水份或濕氣滲透過塗膜所必須通過的路徑的長度。在油性房屋用漆中加入少量雲母粉可 防止産生裂紋；在牆用乳膠漆中也具有防裂和改進洗刷性功能。雲母粉在塗料中的用量比例 一般很低，只有顔填料總量的5%。少量雲母可作爲一些美國聯邦規格結構鋼材底漆的一種特 殊組分，能提高耐鹽霧性和耐久性。在戶外塗料中，雲母通過反映光線而賦予塗膜亮光，這 對於有些産品是很重要的。矽酸鈣：CaSiO3由矽灰石制得的矽酸鈣具有針