非金屬礦物在涂料工業中主要作為功能填料使用,其目的有3個:
(1)降低涂料成本;
(2)增加乳膠漆的稠度,提高顏料在漆中的懸浮性;
(3)賦予涂料功能性,改善其性質,包括光澤、遮蓋力、流動和均化、耐久、涂膜厚度、滲透和流變性等。
礦物填料種類繁多,性能差異較大,因此,徹底搞清楚礦物填料性能和最佳應用場合,是非金屬礦粉體生產企業打開涂料市場的關鍵。
1、水性涂料
水性涂料是近年來迅速發展的一類環保涂料,其溶劑主要是水或以水為主的溶劑。除所有礦物學有用特征外,填料的化學組分在水性涂料中的作用是非常重要的。
一是礦物填料應有酸堿條件下都穩定、水溶物含水量很少的性質,這些特征在抗腐涂料系列中尤為重要;
二是為了獲得良好的活性(潤濕性)和分散性,礦物填料必須是親水的,否則它們會絮凝;
三是比表面積要低,因為涂料中粘合劑和表面活性劑的用量極小,乳化樹脂(粘合劑)的粘合能力和阻礙功能不高??紤]成本,粘合劑的用量應盡可能少。
(1)滑石
滑石具有良好的親水特征,在水中分散不徹底,除非加入反絮凝劑。在必須提高活性和分散能力時,滑石的片狀形態必須保留,以便增強機械性能(抗裂)。
內墻涂料中,滑石可用作流動調節劑,消光劑及鈦白粉的補充劑?;材芨纳仆苛系哪蜎_洗能力。
(2)高嶺土
由于親水性好,高嶺土在水性涂料中分散性很好,可用來誘導觸變并改善抗凝性,也能改善耐沖洗能力并提高白度,不規則粒狀粗粒高嶺土可減少涂層光澤。
煅燒高嶺土的老化率低,因而也可作建筑外墻涂料。在不影響涂料光澤的情況下,用超細高白度的高嶺土可取代10-20%的鈦白粉,當高嶺土的粒徑與鈦白粉十分相近時,能很好的取代占據鈦白粉顆粒的空間位置。
(3)硅灰石和霞石正長巖類礦物
硅灰石和霞石正長巖類礦物是堿性礦物(pH值為10),特別適合于水性涂料系列,它們可改善涂料貯藏的穩定性。由于霞石正長巖能很好地適用于水性涂料,改造水性涂料僅需要增加霞石正長巖的礦物用量,霞石正長巖現在多用作功能填料用在新型無表面活性劑的涂料中,因為它在水基系列涂料中很易分散。
(4)白云石
白云石(碳鈣鎂石)具有高亮度,片狀,微小粒徑(D50=0.3~0.4μm),親水,可作為鈦白粉的替代物,在白色涂料中代替30%的鈦白粉,而不會影響涂料的遮蓋力。
2、粉末涂料
粉末涂料作為無溶劑涂料,具有經濟、環保、高效、性能卓越等特性。粉末涂料中所用填料主要是重晶石、碳酸鈣和硅灰石等。填料的選擇取決于所用的樹脂類型、光澤要求,機械性質和涂料的最終用途。
(1)硅灰石
用硅灰石作為填料的粉末涂料具有天然光澤,比用重晶石和方解石作填料的粉末涂料低得多,硅灰石能增強涂料的機械強度和抗腐能力。
(2)重晶石
重晶石比方解石具有更高的遮蓋率和更持久的高光澤。重晶石具有化學惰性,吸油量低的特性,只會稍微減少粉末涂料的流動性和平整性。
重晶石填充的典型用量范圍是5-30%,粉末涂料是固體,以重量為銷售單位,重晶石的大比重特點可使廠家滿意。
相對于沉淀硫酸鋇,天然重晶石的優勢是可選用重金屬含量低微的天然重晶石,且價格便宜。
(3)云母粉
云母粉為復雜的硅酸鹽類組成,粒子為鱗片狀,耐熱、耐酸堿性優良,對粉末涂料的熔融流動性有影響,一般在耐溫和絕緣粉末涂料中使用,可作為紋理粉的填料用。
(4)重質碳酸鈣
由于重鈣應用的場所多數對細度要求不是很苛刻,所以目前市場上出現的重鈣一般都未經過表面處理。但粉末涂料由于流動性差,一般應將超細重質碳酸鈣進行表面改性,改性劑多采用一些偶聯劑如鈦酸酯等,或磷酸、表面活性劑、硫酸鋁與六偏磷酸鈉等,有時脂肪酸也一并被考慮,近年來也出現過一些使用高聚物作表面處理劑的例子。通過改性,碳酸鈣的用量可增加20%~50%,且光澤、流平性均增加。由于重質碳酸鈣無毒,在要求無毒的粉末涂料中很有市場基礎,如童車、玩具等。
(5)霞石正長巖
粉末涂料中霞石正長巖的用量正在迅速擴大,霞石正長巖可以提高粉末涂料的耐磨性,霞石正長巖具有高熱容特性,還可改善粉末涂料熔融時的流動性能。
3、高固涂料
一般固體份在55%的涂料均可稱為高固涂料,其對顏料和填料的主要要求是:在正常剪切應力下,對粘合劑的影響甚微。
高固涂料中,涂膜的連接網比較脆弱,粘性差。由于吸收水分,為了避免粘著力損失,內在的抗腐力減弱和起泡,填料表面必須親水,表面積小,呈片狀。
(1)滑石
滑石是一種表面積小的微晶礦物,適用于高固保護和船舶涂料。由于滑石良好的阻隔作用,其傳統用途是工業和船舶維護。雖然滑石的吸油量高,會增加涂料的粘度,但是通過嚴格控制粒度,滑石仍可用在高固涂料中。
(2)高嶺土
吸油量低的高嶺土能很好地用于高固涂料中,有利于改善涂料的粘度穩定性,增強抗裂機械力和耐沖刷能力,可以用來制取高光澤和高平滑度的面漆。
(3)重晶石和硫酸鋇
在要求高光澤和強耐磨時,重晶石常作填料用于高固涂料,如高固工業面漆之中。0.7-0.8μm的微粉級沉淀硫酸鋇用于高固體分有光面漆,可降低VOC,并替代部分昂貴的二氧化鈦。
4、防腐涂料
原先大多數有效抗腐顏料都以鉻鹽和鉛鹽為基礎?,F在這兩種鹽會產生有毒的地下污染而受到環保的關注。
抗腐涂料所用填料特征包括低化學反應、親水、低吸油量,主要有滑石、硅灰石、重晶石、云母粉以及最新興起的石墨烯等。
(1)滑石和重晶石
滑石是一種減少漆膜透水性的重要礦物,而重晶石除吸油量最低外還可以提高涂料耐氣候和耐酸、堿能力。
(2)硅灰石
硅灰石用來增加涂料抗張能力和減少裂紋,特別是經過硅烷偶聯劑處理過的硅灰石,還有一個重要特征是防腐。例如,硅灰石可作抗腐劑部分替代昂貴的鋅磷鹽抗腐顏料用于水基環氧金屬底漆之中。
(3)伊利石
在環氧樹脂體系中,伊利石是一種優質功能填料。環氧樹脂和胺固化劑交聯反應后的涂膜呈堿性,將偏堿性的伊利石粉加入到涂層中,可以促使胺基和環氧基的充分固化反應,再加上自身為堿性,增強了涂層的堿性,相應提高了涂層的防腐性能,并降低生產成本。
(4)石墨烯
石墨烯由于屏蔽性好,比表面積大,很容易在涂層中形成致密薄膜,對于提高防腐性能有很大幫助。研究證明,CVD生長的石墨烯可以在銅、鋁等金屬表面形成保護層,防止金屬的氧化和腐蝕。
氧化還原制備的石墨烯可以與有機樹脂混合制備復合材料涂層,發揮石墨烯的屏蔽作用和樹脂優異的附著能力,達到長效防腐的目的,用其制備的石墨烯涂層相比于普通涂層,可以使低合金鋼的腐蝕速率降低1個數量級。
(5)準球形硅微粉
準球形硅微粉在防腐粉末涂料中可以充實到涂層的組織結構中,形成質地致密而堅固的涂膜,起到化學鈍化和物理封閉作用。
(6)云母粉
云母鱗片來源廣泛,價格便宜,具有優良的絕緣性、彈性和柔韌性,徑厚比大,熱膨脹系數小,在各種化學介質中惰性,抗紫外線輻射,經偶聯劑表面處理后,完全可代替昂貴的玻璃鱗片和不銹鋼鱗片,從而降低成本。此外,云母鱗片有20-1000目各種規格,可選用不同規格和級配比的云母粉來增加漆膜的致密性,降低漆膜的透氣性。如將云母鱗片用于水性硅丙乳膠漆的配制,有效提高了漆膜的耐水性和耐化學介質腐蝕性。
5、輻射處理涂料
大多數傳統填料都可用于輻射處理涂料中。礦物種類和用量最終取決于成品的要求。
例如,涂在木質材料表面的輻射處理涂料中,填料用量一般為10-40%,以便獲得良好的耐磨抗腐能力。正常情況下,選用折射率低的礦物,可使填料對處理效果影響降到最小?,F在,燈光系統的改進已允許對有色涂料進行輻射處理,礦物吸收紫外光譜的能力(如滑石、高嶺土、云母)在選擇填料過程中也要充分考慮。
重晶石用于輻射處理涂料中起摻砂作用,滑石作填料以便獲得高平滑面的底漆,而不同粒度的碳酸鈣的使用,既可作填料又可降低成本,硅土可用作消光劑。
部分資料來源:超細重鈣在涂料工業中的應用,作者:劉伯元等
編輯整理:粉體技術網
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