涂料配方中体质颜料的选择

ucoat · 发表于 2008-4-6 11:44:36

一、体质颜料概述
在涂料配方设计中，体质颜料通常被当作低成本的原料添加到涂料中，以提高涂料的固含量，所以当颜料以重量出售时常加入重晶石。而随着涂料技术的发展，体质颜料除了作为填料降低涂料成本外，还可提高涂料各方面的性能，如光泽、遮盖力、流动性、流平性、耐久性、膜牢固性、透气性和流变性等。若在配方设计中仔细选择，体质颜料可具有以下作用：
(1) 可以更有效地提高钛白粉的遮盖力；
(2) 可以增加涂料固含量，降低涂料的VOC值；
(3) 可以控制涂料的光泽；
(4) 可以提高涂料的耐擦洗性；
(5) 可以提高涂料的耐沉降性；
(6) 可以调节涂料的粘度；
(7) 可以提高涂膜的拉伸强度；
(8) 可以提高涂料的耐磨性和防滑性；
(9) 当PVC > CPVC时，加入体质颜料，可以提高涂膜的干遮盖力；
(10) 体质颜料可以用作涂料的补强剂和增量剂；
(11) 可以提高涂料内部的附着力；
(12) 可以提高涂料的耐沾污性的耐腐蚀性；
(13) 体质颜料可以作为控制涂料pH值的缓冲剂；
(14) 可以提高涂料的手感；
(15) 可以提高涂料的湿态硬度和干态硬度。
体质颜料最早用于涂料配方中是为了增加涂料体积和降低涂料成本，随着颜料精制技术的发展，体质颜料经过改性和精制，就具有许多重要的特性。
比起化学特性而言，物理特性对涂料中体质料的影响更大，如粒径和粒子形状、吸油量、密度和表面处理或煅烧的效果。体质颜料的粒径可以从小于0.1 μm到超过3,000 μm，但通常用到的体质颜料粒径均在0.2 ~ 20 μm内。超细体质颜料有较高的表面积，吸油量也非常高。而相反地，粗的体质颜料(> 20 μm)对涂膜光滑度的效果正好相反。由于“窗口效应”，粗的体质颜料遮盖力也较低，但它在锤纹涂料和防滑涂料中具有重要作用。体质颜料的粒子形状变化也较大，从小晶核形到无定形聚合物，从针状到棒状、层状粒子。经煅烧的体质颜料在涂料中使用，由于其不容易被基料润湿，可能造成涂膜表面裂纹很多，产生散光性，从而提高了涂膜的干遮盖力。仔细选择适合的体质颜料混合物，会影响涂膜的填充性，提高涂膜强度、耐擦洗性和耐久性。
除粒径和形状外，应正确选择体质颜料的吸油量。吸油量越高，涂料的CPVC越低。因为以体积计算时，体质颜料比钛白粉或基料便宜，在成本较低的配方中应尽量选择较高的涂料CPVC。同样，若涂料按体积出售，就应尽量用密度较小的体质颜料。这就是为什么中等粒径碳酸钙之类的低成本、低密度和低吸油量体质颜料大受欢迎的原因。碳酸钙体质颜料用于低成本内墙涂料中时需要与其它体质颜料如瓷土、滑石粉或云母粉一起使用，以提高涂料的坚硬性和耐久性。需提出的是，重晶石体质颜料由于具有很高的密度、最低的吸油量，常用于有光醇酸涂料、底涂和二涂中，以提高固体体积，而对涂料光泽和涂膜空隙率基本无影响。
片状体质颜料，如瓷土或云母，在涂膜中具有补强作用，可以提高内墙涂料的耐擦洗性，提高外墙涂料的耐候性。瓷土，特别是煅烧后的瓷土，具有不透光性，可得到柔软的涂膜，涂料的抗流挂性好。滑石粉比瓷土具有更好的耐擦洗性，瓷土和滑石粉常同时用于平光乳胶漆中，而微细白云石可使外墙涂料手感滑爽。对于锤纹外墙涂料，碳酸钙和微细白云石与石英粉和云母粉一起使用可大大提高涂料的耐久性。
如何选择体质颜料没有绝对的原则，主要取决于当地资源、相应价格、涂料所需颜色、以及当用体质颜料而非助剂来控制涂料流变性时的范围。然而，对于一个特定的涂料配方体系，正确地使用混合体质颜料将会影响液体涂料和干涂膜的特性平衡。对于一个好的涂料配方，体质颜料不再作为低成本添加剂，而是非常重要的组成部分。
高吸油量的体质颜料，如超细二氧化硅，可以作为消光剂使用，因为只需要少量的二氧化硅即可大大降低涂料的光泽。在涂料配方中，应尽量避免使用这种体质颜料，因为它们很容易降低涂料的CPVC和流动性。从降低涂料成本考虑，可以使用球形体质颜料替代部分二氧化钛，为达到所需亮度，可采用低吸油量的球形体质颜料，某些平均粒径为0.8 μm的碳酸钙可满足此要求。
二、体质颜料的分类因为大多数基料的折射率都小于1.7，因此在CPVC以下使用时，体质颜料几乎没有遮盖力。干膜遮盖力主要取决于钛白粉的量。当涂配方体系的PVC > CPVC时，干遮盖力的作用增强，在干膜中，涂料中含有的空气可以形成微泡留在涂膜中，此时遮盖力大小取决于钛白粉的用量和涂膜中的空气量。
一般来说，若体质颜料的折射率大于1.7，就可以称为颜料；而一般体质颜料的折射率都小于1.60，因此主要起填充作用。
体质颜料主要是一些天然的矿石，它们经过自然沉降过程转化为有用的形式，再经过二次分离、破碎成细粉。人工合成的体质颜料有沉淀碳酸盐、沉淀硫酸盐、沉淀二氧化硅、煅烧二氧化硅以及硅酸盐，它们都具有光学亮度。合成纤维除作为体质颜料外，还可以用作补强剂。

四、常用体质颜料的选择 1. 重晶石
重晶石是天然形成的白色盐，为中性体质颜料，合成的BaSO4粒径比天然重晶石小。重晶石的相对密度为4.6，不透过X-射线，具有耐旋光性和耐腐蚀性，它的吸油量低，能和任何基料及颜料共享，可使涂膜坚硬，不透紫外线。与少量氧化锌合用时，能提高涂膜的耐磨性。常用于腻子、底漆、防锈漆、耐酸漆、地板漆中。
2. 偏硅酸钙(硅灰石)
偏硅酸钙是一种针状的体质颜料，密度为2.9 g/cm3，折射率为1.63，有耐旋光性和耐腐蚀性。合成的硅酸钙有不同等级，它们的密度均为2.3 g/cm3，折射率为1.5。
3. 硫酸钙
硫酸钙俗称石膏粉，化学成分为CaSO4·H2O，一般由石膏岩粉碎制得。生石膏密度为2.4 g/cm3，它的吸水性及吸油量大，仅用于配制油灰、填腻中，用量多时易使腻子龟裂、脱落。合成的CaSO4可以控制粒径大小，由石灰乳和硫酸反应制得，无水石膏的密度为2.9 g/cm3。
4. 碳酸钙(白垩)
碳酸钙化学成分为CaCO3。用作体质颜料的碳酸钙有天然与人造两种，前者称为重质碳酸钙，后者称为轻质碳酸钙。
重质碳酸钙又称石料、大白粉、白垩等，均系石灰石的粉末。将石灰岩粉碎，再在圆辊碾或球磨机中加水研磨成粉末，用水漂洗，选取细粉，干燥即得水磨石粉，俗称老粉。重质碳酸钙质地较粗糙，密度较大，主要用于厚漆及腻子等。
轻质碳酸钙颗粒细，在水性涂料中着色力和遮盖力都较重质碳酸钙好，其它性能与天然产品相同。轻质碳酸钙的密度为4.5g/cm3，不溶于水，但当水中含有碳酸气时，能微溶，见酸即溶，见水易吸潮，有微碱性，不宜与耐碱性颜料共同使用，多用在平光涂料和水性涂料中，在有光涂料中少量使用，可改进悬浮性、中和基料的酸性并改进涂料的平滑性。
轻质CaCO3在涂料中使用的主要有几种品种，如普通沉淀CaCO3、微细CaCO3、超细CaCO3和活性CaCO3。经过表面处理的碳酸钙体质颜料在涂料工业中也广泛应用，用硬脂酸和松香处理过的CaCO3在涂料中可以提高其润湿性。
5. 粘土(高岭土)
粘土(瓷土或白土)的主要成分是Al2·2SiO2·2H2O。高岭土分水洗高岭土、锻炼高岭土、精制高岭土和活性高岭土。其中，水洗高岭土无耐磨性，比表面积较大，反应活性较高；锻炼高岭土较坚硬，具有较高导电性，这种高岭土的白度和遮盖力都有提高，锻炼后粒子形状也由结晶态变为无定形。大多数高岭土都是六角形片状结构，折射率为1.6，密度为2.58 g/cm3。高岭土质地松软、洁白，有的含有无定形片状粉末，湿时有粘塑性，吸油量高，能耐稀酸、稀碱。多用于底漆、水性涂料和高粘度低颜料份的涂料。可提高涂膜硬度，不易龟裂，并可防止颜料沉底。
6. 云母
云母粉或白云母的化学组成是正硅酸铝钾，一般涂料常用的云母矿呈棕绿色的透明片层结构。通过湿法研磨或干法研磨，漂去磁土、氧化铁等杂质，过滤干燥而成为极为细白珍珠光的细片状体质颜料。经过超细粉碎的微粉称超细云母。这种体质颜料的折射率为1.58，密度为2.8 g/cm3，由于这种体质颜料具有片状或叶片状结构，在涂料中使用可提高涂料的耐湿性和耐候性。
云母体质颜料的弹性很大，能使涂膜增强坚韧性，耐火、耐水、耐化学腐蚀性强，能阻止紫外线和水分穿透，还能防止龟裂、延迟粉化，可增加室外用涂料的耐久性和耐候性。还可用作防火涂料和防水涂料。在沥青中使用较多，可防止沥青龟裂。用在水性涂料中，可以防止龟裂和改善涂刷性。
7. 滑石粉
滑石粉又名硅酸镁，主要成分为3MgO·4SiO2·H2O，密度为2.85 g/cm3，是天然滑石和透闪石矿的天然混合物磨细水漂而成，由片状和纤维状两种形态混合存在，用在涂料中能防止颜料沉底结块，还可防止涂膜流挂和涂层龟裂，并能提高涂膜的耐水性、耐磨性、耐久性和涂刷性。
8. 霞石(正长石)
霞石是一种天然生成的硅酸铝钠钾，可用作陶瓷和涂料工业中，它的折射率为1.54，密度为2.6 g/cm3。
9. 叶蜡石
叶蜡石是天然的粘土状的水合硅酸铝化合物，密度为2.7 g/cm3，也可以用在涂料工业作为体质颜料使用。

10. 二氧化硅
天然二氧化硅有石英砂、硅藻石和硅藻土等品种，其化学成分为SiO2，密度为2.9 g/cm3，可以破碎成所需粒径范围，在涂料工业中作为惰性体质颜料使用，由于这种体质颜料耐磨性好，常用于道路涂料中。
石英粉是天然二氧化硅中分布很广的品种，质地坚硬、耐磨性强、吸油量小、不溶于酸、能溶于碱和碳酸钠中。用于填腻、打底漆、地板漆中、但不易研磨，容易沉底，因此很少用于涂料中。硅藻土为无定形天然二氧化硅，可以用在平光涂料中提高遮盖力。在天然矿石中，一般含80%的CaCO3和20%的硅藻土。
合成二氧化硅是由硅酸钠水溶液与酸反应再热解制得；气相二氧化硅(气相白炭黑)是由卤化硅在氢-氧焰中高温水解制得；沉淀二氧化硅是由可溶性硅酸盐用酸分解制得的。这些无定形填料的密度为2.1 g/cm3，折射率为1.45，在涂料工业中常用作消光剂和触变剂。在乳胶漆中使用时，可提高涂料的热稳定性。
11. 石棉粉
石棉粉系由石棉破碎而得，其组成为硅酸钙镁的混合盐，质轻而松，吸油量大，耐酸、耐碱、耐热，因此常作为耐酸涂料、耐热涂料、防火涂料的特殊颜料。

五、混合体质颜料的选择

在涂料配方设计中，选用不同的体质颜料混合使用时，不同粒径的体质颜料作用不同。如粗的体质颜料可使涂料色彩保留时间长，抗粉化能力也比微细体质颜料高，而细的体质颜料用在涂料中，可以提高TiO2的使用效率，提高干遮盖力。对于不同种类的体质颜料，在涂料中所起的作用也各不相同。如CaCO3抗粉化比粘土类体质颜料好，但耐粘污性不好。而一些板状、层状高岭土的抗粉化能力和保色性比水洗高岭土好。
在涂料配方设计中，体质颜料的用量和品种应根据所需涂料产品的性质、类别来进行选择。在基本配方中，PVC应保持不变，PVC/CPVC的比例不变，基料的量不变，此时通过调整不同体质颜料的配比得到性能良好的配方。在这些涂料配方中，选用的混合颜料品种不同、粒径不同，制备出的涂料具有不同的性能。因此，在涂料配方设计时，应充分考虑体质颜料的不同性能，按照产品的最终需求选择混合体质颜料。

资讯来源：中国颜料供应商网