塗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(二氧化矽)、白碳黑、沉澱硫酸鋇、雲母粉、矽灰石、膨潤土等。
1)碳酸鈣
碳酸鈣是塗料用最主要的填料(體質顔料)
塗料用碳酸鈣的分類
按特性分類 塗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(沉澱碳酸鈣)分普通沉澱碳酸鈣、微細碳酸鈣、超細碳酸鈣、活性碳酸鈣;重質碳酸鈣(天然産品)分重質碳酸鈣、重質微細碳酸鈣、重質活性碳酸鈣。
按結晶形态分類 沉澱碳酸鈣改變工藝、控制結晶,可以得到立方晶系、針狀結晶、紡錘形結晶、鍊狀結晶等微細碳酸鈣晶體。
按晶體顆粒大小分類 沉澱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)。
重質碳酸鈣産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)。
碳酸鈣在塗料中的應用
碳酸鈣是塗料生産中重要的填充劑。碳酸鈣在漆膜中起骨架和底材(鋼闆、木質)的填平作用,增強漆膜沉積性和滲透性。尤其用于金屬防鏽底漆中,它與金屬表面形成氫鍵,增加其漆膜附着力,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塗料的流變性等。粗級别碳酸鈣限用于膩子、填孔化合物、金屬的底漆及其他産物,它們需要高顔料量、流動性及粗的表面;中等粒級的碳酸鈣用在建築塗料及室内無光或半光漆上;細粒級的碳酸鈣主要是沉澱碳酸鈣,用于印刷油墨。
重鈣可用于各種内用、外用塗料中,最适宜在水性塗料中應用,由于耐酸性差,妨礙了它在外用塗料中的應用。在一般塗料中,重鈣的加入量為10%~35%,在各種浮雕化塗料中含量高達50%。
塗料工業采用重鈣除用于增量外,主要用于部分取代钛白粉(一般為10%~20%,量大時為30%)和彩色顔料,取代輕鈣和沉澱硫酸鋇,防腐蝕以及部分取代防鏽顔料。
重鈣用于室内建築漆時,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黴菌性。
和重鈣相比,輕鈣具有小的粒徑和窄的粒徑分布範圍、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将輕鈣和重鈣混合使用。
2)滑石粉
滑石粉是溶劑型塗料中一種通用型填料,由于更細粒級别的滑石粉問世,使它進入了水性系統。目前在各種底漆、中間塗料、路标漆、工業塗料以及内外用建築塗料中應用。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,因而在我國塗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塗刷性、塗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塗料。纖維狀滑石粉吸油量更高些,并且具有良好的流變性,可改善塗料的諸多性能,如防儲存時沉降和塗刷時流挂、改進施工性能等。
塗料工業用滑石粉有許多級别的産品,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,分别适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,如内牆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、稠度和流挂;微細級和超微細級滑石粉除了能改進塗膜性能外,還具有空間位隔能力,可部分取代TiO2等顔料;化學預處理的滑石粉也可取代TiO2顔料。
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,故不适合于要求高耐候性的外用塗料中。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塗料中。
3)高嶺土
高嶺土是國外塗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。
常見用于塗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。高嶺土可用于各種塗料中,但以水性建築塗料為主,特别是内用乳膠漆,由于高嶺土在水基性塗料中具有較好的遮蓋力,從而能部分替代钛白粉顔料。超細高嶺土可部分替代钛白粉,約代用钛白粉量的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塗料的不透明性和塗膜的牢固性,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钛白粉在公路标線漆、粉末塗料、建築外用乳膠漆等得到了一定應用。在外牆塗料中超細高嶺土和煅燒高嶺土可代替15%~20%的钛白粉。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。
4) 多孔粉石英
多孔粉石英(主要成份SiO2)多孔粉石英屬于一種火山灰沉積岩。該産品自然粒徑細(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羟基(-OH)-矽醇。作為極性官能團,用于粉末塗料中有助于提高産品的附着力和粘結性。另一方面,由于羟基的存在,更容易通過偶聯劑表面處理,增加其交聯、補強的作用,增加産品的物理力學性能又可提高塗膜的拉伸強度。
多孔粉石英中含有ZrO2,二氧化锆性質穩定,硬度高,加上多孔粉石英的多孔結構使得塗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矽體系一種,使用的安全性被認可,已廣泛用于粉末塗料、建築外牆塗料,厚質拉毛塗料、防火塗料、防水塗料、環保塗料、防腐塗料等,廉價的多孔粉石英可以降低粉末塗料的成本,同時替代硫酸鋇以減少産品中可溶性鋇的含量,達到環保要求。
天然多孔粉石英在塗料中主要起增量和半補強作用,可用于各種塗料和建築塗料,特别是底漆和中間塗料,細粒晶體SiO2在環氧和聚酚粉末塗料中可取代高達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産生非常好的消光效果、高的增稠能力和好的顔料懸浮性,塗料中用它作為消光劑。主要用于平光乳膠漆和清漆、底漆及某些混凝土塗料中,它還在塗料中作增加遮蓋性顔料遮蓋力的填料。
白炭黑(或稱輕質二氧化矽)由于比表面積大,熱穩定性好可防止顔料沉澱,尤其在乳膠漆中使用,調整漆的有效黏度,改善漆膜流挂并起消光作用,對漆膜耐熱穩定性好。
氣相二氧化矽是一種多功能體質顔料,又是性能優良的塗料流變控制劑。在液體塗料中,它的流變控制功能包括:增稠、觸變、防流挂、覆蓋邊緣;在固體粉末塗料體系中,增進粉末的自由流動,防止結塊和流體化。
5)硫酸鋇
用作塗料體質顔料的硫酸鋇有天然和合成兩種,天然産品稱重晶石粉,合成産品稱沉澱硫酸鋇。
硫酸鋇外觀為緻密的白色粉末,是惰性物質,密度為4.5g/cm3,在體質顔料中最重,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)。沉澱硫酸鋇擁有優越的顔色及細的粒子。
重晶石粉填料主要用于要求高塗膜強度、高填充力和高化學惰性的工業底漆和汽車中間塗料,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顔料的功能,可在塗料中取代部分钛白粉。
6)矽灰石
矽灰石主要成分為偏矽酸鈣(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)。
矽灰石在塗料中可作為體質顔料和代替部分白色顔料,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。
針狀結構的矽灰石(長徑比為10:1 ~20:1),在塗料中可起平光劑的作用,改進塗膜機械強度,有時在增強性塗料中代替有害的石棉。塗料中一般多用較細粒級(如325目)和微細級(10um)矽灰石粉,因為有利于塗料遮蓋力的發揮。可用于油性建築塗料、吸聲(隔聲)塗料、路标漆、聚乙酸乙烯乳膠漆等。表面處理的矽灰石可用于工業醇酸、環氧等防腐蝕塗料中,提高金屬底漆的防腐蝕性,并部分取代活性防鏽顔料。
7)雲母粉
塗料中主要應用白雲母,也可少量應用金雲母。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,在防腐蝕塗料、功能性塗料中作填料。在塗料配方中主要用于一些特種油性和水性塗料,其加量從工業塗料的大約20%到浮雕花紋建築塗料大約40%不等。
濕磨雲母粉的一個重要應用領域,是用作钛珠光顔料的載體原料。塗料、油墨、塑料等行業都需要不同規格系列的雲母钛珠光顔料。
8)石墨
天然石墨因具有片狀結構和良好的遮蓋率,可用于鋼結構維護塗料中;它的良好導電性和黑顔色,使它可用于電子計算機電屏蔽塗料中,這種塗料可含高達75%的石墨。另一種用途是防靜電地闆塗料。它可用于耐熱塗料、底漆、封閉塗料以及耐水塗料,由于耐光性好,可用于汽車油漆中,作為一種效應顔料。
9)氫氧化鋁
在無機阻燃添加劑範疇内,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、不産生滴下物、不産生有毒氣體,因此,獲得較廣泛的應用,使用量也在逐年增加。使用範圍:熱固性塑料、熱塑性塑料、合成橡膠、塗料及建材等行業。
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标準,這麼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,從而導緻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),活性氫氧化鋁就此産生。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,偶聯劑表面活化後的氫氧化鋁——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,不産生腐蝕性氣體。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。與其他多種物質有着良好的相容性。
活性氫氧化鋁的應用範圍
活性氫氧化鋁在制品的生産中應用範圍已經得到了極大的擴展,特别是這些年來,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。
注:活性氫氧化鋁要貯存于幹燥通風的庫房内,運輸過程中要防止受潮、雨淋和包裝破損。
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2023-07-01