粉末涂料之填料的选用

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粉末涂料之填料的选用

粉末涂料用填料一般是无机物，选择填料时需要考虑以下几个因素。
(1)        密度  密度越大，粉末涂料的覆盖率越低。
(2)        分散性能  一般大粒子的分散性好于小粒子的分散性。
(3)        粒径分布  填料的粒径非常重要，如果某些填料粒子的粒径与涂层厚度较大，那么，固化后的涂膜看起来非常不平整，相当粗糙。
化学性能  所有填料必须是化学惰性的，以免与粉末配方的某些组分如颜料发生反应。
(4)        纯度   填料的颜色应尽可能地白，某些浅色的填料品种可以接受使用，但每批之间应尽可能地稳定。另外一个要考虑的是填料的气味应尽可能地小。还有填料的水分含量不应超过0.5%，避免干涉固化反应和影响粉末涂料的干粉流动性。
填料的使用量与填料本身的密度有关，也与配方中颜料的用量有关，因为颜料可以吸附在填料的表面，特别是有机颜料，一般配方中整个颜填料量不要超过40%。
事实上，填料的用量直接与涂层的力学性能有关，在较低的填充量下，填料可以赋予涂层某些特殊的性能（如硬度等），逐渐增加填充量，涂层的光泽、流平性能、力学性能也急剧降低。
粉末涂料中使用的填料是化学惰性的，天然或人工制造的无机物，有一定的粒度范围。
填料不仅仅用来降低成本，对提高涂料产品的性能也起到了积极的作用：降低涂料熔融流平时的流挂；提高涂膜的耐磨性和刮伤性；提高耐UV降解性；提高防腐蚀性能；改进耐潮气性。
在配方设计时，配方中的颜填料量在实际使用时是以质量来计算的，然而在分析问题时应考虑颜填料体积浓度（PVC）的因素，也就是说颜填料的体积占涂料总体积的百分比是直接体现粉末涂料产品许多性能的一个参数。这个数值的大小关系到粉末涂料生产时的混炼效果、流平性、纹理的效果、上粉率和材料成本。PVC值越大，颜填料的分散就越困难、越不完全，粉末涂料溶融流动的温度越高，而且熔融时的流动性也越差，不利于涂膜的流平。颜填料体积浓度的表达式为：颜填料体积浓度=颜填料体积/（颜料体积+树脂体积）
从上面的公式中我们可以看出，只要知道了各种材料的密度就可以算出配方的颜填料体积浓度，而实际上并不这么简单。首先是各种材料的密度难以全面准确地掌握，再者，实际生产时无法把颜填料分散到最小粒径状态并使树脂对颜填料完全润湿。因此，在实际应用当中很难得到准确的PVC值。然而我们可以通过颜填料的密度进行定性判断，这对配方的设定非常重要，而且在配方的分析过程中具有理论方面的指导作用。
由于粉末涂料的颜填料量涉及的方面比较广，因此在配方设计上就要全面平衡。在做美术粉时，还要考虑粉末涂料的熔融温度和熔融流动性的控制；在做高光粉时，就要考虑粉末涂料的熔融温度与其固化反应温度两者的差别要足够大，使粉末涂料在熔融状态的时间足够长而达到涂膜流平的目的。随着颜填料的体积浓度增加到一定程度时，就会产生一系列的影响。首先是在挤出混炼时树脂对颜填料的分散量，另一方面也增大了体系黏度，也就是说增大了剪切阻力，不利于分散；其次，随着颜填料体积浓度的增加，片料的硬度也会加大，对磨粉产生影响；再者，由于粉末涂料生产工艺和挤出设备条件所限，颜填料粒子不可能完全被树脂所润湿分散，而随着颜填料的增加这种情况会越严重，在破碎和磨粉时颜填料祼露在外的机会就越大，则影响粉末涂料颗粒的带电上粉率，还会在成膜时，形成熔融流动的温度提高而缩短了流平时间，还增大了熔融体系的黏度，也不利于涂膜的流平。
通常使用的填料主要有碳酸钙、硫酸钡、滑石粉、云母粉、高岭土、二氧化硅、硅灰石，这里还有值得一提的上海维特锐实业开发的新材料：多孔粉石英，也很适合作为粉末涂料的高性能填料。
一、        多孔粉石英
多孔粉石英属于一种火山灰沉积岩。该产品自然粒径细（0.5μm左右），颗粒分布均匀，比表面积大（8.3m2/g），外形结构近似球型无棱角状。以电子显微镜图象看，其表面全是纳米级的介孔，平均孔径约为8.8nm（纳米）。
多孔粉石英表面含有一定数量的羟基（-OH）-硅醇。作为极性官能团，用于粉末涂料中有助于提高产品的附着力和粘结性。另一方面，由于羟基的存在，更容易通过偶联剂表面处理，增加其交联、补强的作用，增加产品的物理力学性能又提高了涂膜的拉伸强度。
多孔粉石英中含有Zro2，二氧化锆性质稳定，硬度高，加上多孔粉石英的多孔结构使得涂料有较好的硬度表现，和抗冲击的性能。
多孔粉石英属于二氧化硅体系一种，使用的安全性被认可，已广泛用于粉末涂料，廉价的多孔粉石英可以降低粉末涂料的成本，同时替代硫酸钡以减少产品中可溶性钡的含量，达到环保要求。
二、        碳酸钙
碳酸钙分为轻质碳酸钙（沉淀碳酸钙）和重质碳酸钙。国内也有许多碳酸钙的生产厂，无论哪种碳酸钙、用何种方法生产，不同的粒径大小都强烈地影响涂层的光泽。碳酸钙通常不推荐用于户外使用。
轻质碳酸钙以石灰石（CaCO3）为原料，经煅烧而成为石灰(CaO),与水反应生成氢氧化钙[Ca(OH)2],再与二氧化碳(CO2)反应生成碳酸钙。可以通过工艺控制而形成不同粒径的碳酸钙，即沉淀（轻质）碳酸钙和更细的微细、超细碳酸钙。
三、        硫酸钡
硫酸钡一般有沉淀硫酸钡和重晶石粉两种
1.        沉淀硫酸钡
沉淀硫酸钡是白色斜方晶体，相对密度4.5（15℃），化学性质稳定。工业上
采用芒硝-黑灰发生产，将破碎的重晶石（BaSO4）粉与还原剂煤（C）还原成硫化钡（BaS）,硫化钡制成溶液后与芒硝（Na2SO4）溶液反应生成硫酸钡的沉淀。沉淀硫酸钡的粒径细，分散性好，对光泽的影响较小。沉淀硫酸钡在分离和洗涤工序中，由于设备或工艺问题造成可溶性钡超标，在使用时应多加注意。
   沉淀硫酸钡是最普遍使用的填料，应用于高光或半光涂层中。
2.        重晶石粉
重晶石粉主要成分是硫酸钡，相对密度4.3～4.7，是直接将重晶石矿粉碎成细颗粒的产品。其质量主要取决于矿石的品位和颗粒的细度，较细的对光泽影响较小，较粗的可作为消光填料使用。
四、        滑石粉
滑石粉又称含水硅酸镁，分子表达式3MgO.4SiO2.H2O,由滑石矿直接粉碎而成。粒子呈针状结晶，有滑腻感，有一定的触变性，对粉末涂料的熔融流动性有较大的影响，常用于纹理粉。滑石粉价格便宜，但其吸油量较大，因此配方中添加量有限，其主要性能如下：
五、        云母粉
云母粉为复杂的硅酸盐类组成，粒子为鳞片状，耐热、耐酸碱性优良，对粉末涂料的熔融流动性有影响，一般在耐温和绝缘粉末涂料中使用，可作为纹理粉的填料用。
云母属于铝硅酸盐矿物，具有连续层状硅氧四面体结构。最常见的一类云母如下所示：K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O,云母由天然材料加工成薄片层，是一种惰性材料。
六、        高岭土
高岭土和二氧化硅也常用在粉末涂料中，高岭土又称瓷土，有时被误称为陶土。分子表达式Al2O3.SiO2.NH2O,云母由天然材料加工成薄片层，是一种惰性材料。
七、        二氧化硅
二氧化硅分子式SIO2,是无定形二氧化硅，SIO2在橡胶中有类似炭黑补强的功能又被称为白炭黑。按生产方法可分为沉淀白炭黑和气相白炭黑。粉末涂料常使用气相白炭黑作为粉末涂料的松散和抗结块助剂。
体质颜填料的应用程度和白色着色颜料相近，并且体质颜料的种类和数量以及在传统工业中的用途将有更近一步的发展。体质颜料其它性质的变化范围很广，如相对密度、容量值、颗粒形状、颗粒大小、粒径分布、吸油量、化学活性等。体质颜料在构成粒子大小形状上各不相同，在高光泽和半光涂料中呈现出非常小的遮盖力，具有降低配方的成本及控制光泽等作用。