(转贴)体质颜料

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体质颜料

张瞻利(上海市涂料研究所)

前言

过去对体质颜料的认识不够重视，对其仅作一般研究。事实上，它在大多数涂料中起着重要的作用。由于体质颜料的类型多且它们的性能有极大的差异，大多数的配方对其性能不能非常精确和有效的应用，所以需要重新定位，更确切地应用体质颜料来改良产品。

白体质颜料是折射率较低的矿物。它们在构成粒子大小形状上各不相同，在高光泽和半光漆中呈现出非常小的遮盖力，但它们具有“高消光遮盖”(空气颜料介面)的性能，降低漆的成本。它们也用于控制光泽，斑纹、悬浮、粘度等。体质颜料的主要类型为碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐和氧化物。

体质颜料供应的粒子大小范围从0.01到44μm有不同的形状，包括球状、针状、纤维状和片状。粒子形状影响颜料的堆积、漆膜的柔软性、开裂弥补等，粒子尺寸和粒子尺寸分布影响遮盖力、粘度、漆膜孔隙率、基料和表面活性剂的需求量、光泽、细度等。体质颜料是否与基料起反应关系到盐水喷雾，起泡，抗腐蚀和开裂。

经研究并已报道用一种体质颜料替代另一种体质颜料而得到相当性能的最好方法。研究
发现当用一种体质颜料取代另一种体质颜料在相等的重量或体积时，会产生显著不同的漆的
性能，如：稠性、耐久性、渗透性、擦洗性、沾污性、漆不下渗性等。

体质颜料是通过磨碎矿石或分裂石头的形状，或通过化学沉淀并根据需要再精制和尺寸
分级过程来制造。它们的尺寸分离是采用湿法或干法过筛、浮选、离心分离等手段。原料的来源及处理过程将影响颜料的性能。
碳酸钙或老粉：

这种体质颜料广泛用在户内或户外漆以控制光泽、长霉、增稠，降低成本。它在天然与合成(沉淀法)二种类型上都有很大的用途，并且其粒子尺寸范围极宽，从0.05到44μm以上。

天然的碳酸钙用量更大，因为它便宜，并且在某些方面性能相当于或优于合成的。粗级别限用于腻子、填孔化合物、金属的底漆及其它产物，它们需要高颜料量、流动性及粗的表面。这些级别具有低的消光效果。中等粒子级别的碳酸钙用在建筑涂料及室内无光或半光漆上。细粒子等级的碳酸钙，主要是沉淀碳酸钙，用在印刷油墨。在配方上常常用二种级别产品去得到所需性能的平衡。

天然碳酸钙体质颜料的来源是石灰石和大理石，大多数级别都含有95-99％的碳酸钙。
某些级别通过粉碎和气流分级。较细的级别是通过湿磨和沉降或离心分级来得到，不同级别在粒子形状，平均粒径、粒径分布和纯度等方面有很大的不同。

天然碳酸钙体质颜料也广泛地用于室内建筑漆，可单独使用或与滑石粉併用。与滑石粉相比，碳酸钙可降低粉化速率，改善浅色漆的保色性和增加抗霉菌性。在应用中需要特殊尺寸的粒子，细粒子有开裂的倾向，而大的粒子能解决这个问题，它有低的基料需求量和低的活性，这些体质颜料也用在室外乳胶漆以改善保色性。

碳酸钙在水性涂料系统中起缓冲剂作用。因为这种体质颜料是碱性的，它将不能与对碱灵敏的有色颜料如铁兰和铬绿等一起用，又不能和可溶的铁或铜盐碰在一起，引起沾污。碳酸钙不能用在酸催化固化的三聚氰胺聚酯系统，因为它要中和催化剂。

作为一个级别，沉淀或合成碳酸钙颜料含量在98％到99％以上，和天然碳酸钙相比，具有小的粒径和窄的粒径分布范围，高的吸油量和亮度。较好级别的粒子大小可从0.03到8μm间变化，已进入胶体范围。据报导，对室内乳胶漆和纸张涂料的最佳粒子大小为0.2μm。沉淀碳酸钙是用在需要最大消光效果的地方。某些级别用松香或脂肪酸处理表面，这些级别较易挤和及允许用在光泽产物中可以没有明显光泽的损失。在某些配方中，它减少多孔表面的渗入，这样，增加封闭作用和减小面漆的下渗。
滑石粉：

滑石粉随所用岩石上部位的不同而结晶形状不同，从而产生物理性能的变化。一般的滑石粉是多种类型的混合物，使用特定滑石粉商品的油漆性能决定于其结构的类型或类型的混合物，平均粒子的大小和粒子大小的分布。由于大多数滑石粉主要是纤维状或片状。这是一般分级的基础。纤维状滑石粉通常被看作有最好的户外耐久性和颜料悬浮性，但在流动性和平滑性方面有些缺点。片状滑石粉具有优越的涂刷性、涂膜的流动性和平滑性及磁漆的不渗入性。它也增加涂料和印刷油墨的“润滑性”。颗粒状的滑石粉较少，具有最好的粘附力和打磨性能，这表明它可用在可打磨的封闭底漆和二道浆上。

滑石粉制成许多级别，每一种设计有特定用途和目的。粒子大小的范围从较粗较低吸油量到“超细”高吸油量，刮板细度高到7。也有表面处理级的滑石粉，具有低的吸油量，刮板细度为6-7，用在有光磁漆中。滑石粉有多种合意的性能，不论用在油性漆还是水性漆，其干膜亮度高且颜色好。滑石粉润湿和分散非常容易，在所有的液态漆中，如有机溶剂的醇酸和水性的，搅拌速度常不需超过中等转速。它的悬浮性也很好，且帮助其它颜料悬浮。

较粗的级别用在某些需要粗糙的漆膜中，如内墙底漆，中间层和斑纹漆。平滑级(大约刮板细度为4)一般是用于建筑用漆，也作一般用途的体质颜料。刮板细度为5-7的超细滑石粉是用在控制半光磁漆的光泽、稠度和流挂。滑石粉还广泛地用于接缝水泥，裂缝填料和填缝剂。这些特殊需要产品可根据需要用粗的或细的级别。

滑石粉广泛用于各种工业漆品种中，特别是底漆和中间层。钢结构底漆用纤维状滑石粉作为全部或部分的体质颜料，它改善了沉降性、漆膜强度和再涂适应性。许多工业快烘底漆和车辆面漆配方中用滑石粉是有利的。片状的硅酸包括皂石用于金属的中间层涂料中，它倾向于改善打磨性和抗水性。这是因为片状延长了潮气穿过漆膜的路径而增加防潮性。
陶土：

陶土(高岭土)为体质颜料其主要成份是硅酸铝。最早，陶土主要用在造纸工业中，现在被广泛应用，近年来陶土已在涂料工业中作为体质颜料被应用。简单的空气干燥和气流分级产物通过水洗、严格的控制粒子大小、煅烧和表面处理而升级。煅烧是这些改良方法中最有意义的，所以该方法也进入了大规模的生产。

陶土粒子形状大多为层片状和六方晶状，所以经分层后可得到宽与厚之比很大的颗粒，分层的方法类似砂磨，陶土可用烧碱溶液通过压力蒸煮以提高其孔隙率、吸油量、pH和亮度，且密度小于煅烧的陶土，它(包括煅烧陶土等)被称为“结构”颜料，在涂料中可提高遮盖力、着色强度和消光。例如在室内平光乳胶漆中使用，可以取代部份钛白粉而不影响品质。广泛使用的级别其细度约为10μm，所有的级别都有程度不同的亲水性，并且在化学上几乎是中性的。吸油范围从非煅烧级的25-44μm到煅烧级的48-58μm。不同级别的亮度变化，反射系数从80-92％。

陶土颜料由于它的片状性而增加了漆膜的韧性。当用在建筑涂料中时比滑石粉容易粉化。
用于金属的中间层漆时，可改善打磨性。煅烧陶土可用于内墙漆并产生平滑漆膜。最细级用于有色半光和有光漆，可减少浮色和发花现象，在溶剂稀释漆中某些陶土颜料表现出差的悬浮性，但表面处理过的煅烧级陶土可克服这些缺点。

由于陶土颜料是亲水的，它们对水性漆也是很好的体质颜料，它们有好的悬浮性，易分散并具有好的刷涂性和流平性。它们一般和其它体质颜料一起併用。
重晶石和沉淀硫酸钡：

硫酸钡体质颜料有二种形式：重晶石和沉淀硫酸钡，最近开发，经研细和漂白的重晶石具有若干改善颜色和细度的作用。而沉淀硫酸钡拥有优越的颜色及细的粒子，但没有大量地用在油漆工业上，由于重晶石已满足要求，并且成本较低。

重晶石主要用在中间层涂料中，包括汽车底漆，由于它们低的吸油量及密集的颗粒状或结核状的结构，给予好的填孔、厚膜和磁漆不下渗性。这在大多数有光面漆中是必要的。重晶石的化学惰性使其在若干抗化学品涂料中、高酸性条件下使用。

近年来纳米级材料的开发，在体质颜料中也有纳米级的硫酸钡商品供应，如Cimbar公司
的Barifine纳米级粉末由于比表面积值极大，所以表面性质成为其主要性质。该超细产品促进颜料分散，改善了光泽和透明度，并改善了铝粉的分散性，提供紫外光稳定性和触变性。
二氧化硅：

二氧化硅制法有三种独特不同的类型：①作为原始的二氧化硅；②硅藻土；③合成二氧化硅。

①石英型或结晶二氧化硅，使用范围有限，难于分散，悬浮性差，若以三辊机或球磨机研磨会糟糕地变色，它主要作为木材的填嵌剂，其突出的性能为吸油量低收缩小，对基料有惰性和好的粗糙面。


②硅藻土或无定形二氧化硅，广泛用于高平光效果的漆中，它是多孔的、脆的结构，具有多种几何形状。

硅藻土含二氧化硅从83-95％不等，大多数产物为白色，但某些是浅灰、淡粉红或浅黄
色。它们也有高的视比重和非常高的吸油量，不规则的结构和高吸油量的结合产生非常好的消光效果、高的增稠能力和好的颜料悬浮性。硅藻土广泛用于平光内墙漆，由于它的多孔性和易碎性，因而降低了沾污的除去和擦洗性，它也用在室外平光建筑漆中并具有极好的耐久性，其使用比例受到稠性、刷涂性和流动性等性质的限制。

分散应通过高速混合或在研磨完成前不久加到球磨机中研磨，不然，脆的粒子将被破碎，
大大的降低消光能力和悬浮性能。由于在涂料制造中粒子明显减小是行不通的，混合后要通过刮板细度，仔细的选择硅藻土的级别，这是十分重要的。

③合成二氧化硅，也是无定形的二氧化硅，通过合成制造，并有高的消光效果，用在清漆和磁漆中降低光泽。
云母：

云母是由一群不同组成和不同物理性能的某几种矿物所构成。白云母型，由K2O·3Al2O3
·6SiO2·2H2O组成，是常用的体质颜料。云母是大的薄片状晶体如书本状结构。云母通过压缩空气分层，通过湿或干磨方法制造成云母颜料。大多数广泛应用的等级为湿磨，有较大的粒子，大约325目，也有平均粒径仅5-10μm的等级。

云母片状的结构给予漆以独特的性能。它增强了漆膜机械强度和增长了水和潮气通过漆
膜渗透至底材的途径，也少量地用在排除开裂的油性建筑漆中。也可用于乳胶建筑漆。云母在漆中的比例通常很低，约占颜料总量的5％。在外用涂料中，云母通过反射太阳光使漆膜产生刺眼的闪耀光。
硅酸钙：

硅酸钙是由硅灰石制成，具有似针状结构，具有好的亮度和相对低的吸油量。它适用于油性建筑漆、无光和半光室内油性漆和乳胶漆，pH大约为9.9，提供缓冲作用，保持乳胶漆偏于碱性。

Free-Jack

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磊子

这篇文章写得好，对体质颜填料做了系统的介绍。经验之谈。

bonoxxx

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