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| 無(wú)機顏填料的結構與物性對涂料性能的影響 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-06-01 10:23:40 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）伴隨著(zhù)顏填料加工、合成與應用技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了近十多年涂料技術(shù)出現了一次又一次的飛躍。然而不管是有機或無(wú)機顏填料，它們在涂料中的作用都圍繞著(zhù)新的功能的誕生與各種迷人的視覺(jué)效果的出現。然而顏料、填料在涂膜中穩定作用的發(fā)揮受制約的因素很多，本文根據自己多年來(lái)在顏料與涂料研究過(guò)程中的所體會(huì )到的一些經(jīng)驗與教訓，從影響顏填料在涂料中應用性能的因素入手，闡述顏填料在生產(chǎn)與應用過(guò)程中應注意的一些問(wèn)題，希望能對顏填料的生產(chǎn)企業(yè)有借鑒之用。
1 顏填料的顆粒形態(tài)
一般而言，針狀顆粒較球形粒子更具有增強、增韌作用。然而針狀粒子的消光作用遠較球形粒子為甚，同時(shí)針狀粒子的分散性亦相對困難，為了保持針狀纖維的增強功能，強剪切的加工過(guò)程將是不允許的，因為剪切力越大，針狀粒子越易折斷，這樣會(huì )導致增強功能下降。而片狀的顏填料應用于涂料中能明顯提高涂料的致密性。
多孔結構的顆粒一般較實(shí)心結構的顆粒具有更好的補強攻能，但消光作用亦更明顯，這可能與成膜物樹(shù)脂被吸附后在顆粒外表面殘留層厚度有關(guān)，同樣的基料在多孔粒子表面因孔內吸附樹(shù)脂而導致膜厚度下降。軟質(zhì)的顏填料一般亦因為樹(shù)脂容易擴散滲透而出現涂膜光澤較硬質(zhì)顏填料低。
顏填料的顆粒形態(tài)體現在吸油量值方面，即直徑大的針狀顆粒、軟質(zhì)顏填料、多孔粉體其吸油值大，較難分散，而球形、硬質(zhì)的顏填料其吸油量相對較低，分散效率高。
從涂膜補強的角度考慮，含硬質(zhì)粉體、高比表面粉體的涂層耐磨性較好。
2 顏填料的酸堿性
涂料用樹(shù)脂較多呈酸性，堿性樹(shù)脂較少（水性樹(shù)脂除外）。所以顏填料的酸堿性直接影響涂料的加工、貯存穩定性，甚至涂料成膜后的物理化學(xué)性能，然而堿性顏填料在與酸性樹(shù)脂反應后大多對涂膜的光澤有些影響。由于酸堿反應，涂料的粘度一般都呈明顯增加的趨勢，有的顏填料在酸性稍強的樹(shù)脂體系中因粘度增加過(guò)大而應用受限，如ZnO、鋅黃等。但這些酸堿反應后涂膜的性能亦有明顯改變，大多體現在韌性、耐溶劑性，甚至光、熱穩定性等。但堿性顏填料的存在對鋼鐵等金屬的防腐是有益的。
顏填料的酸堿性除與顏填料本身的結構有關(guān)外，還與粉體中殘留的水溶鹽有關(guān)，親水性的水溶鹽的存在不僅使顏填料在涂料出現分散困難，漿料呈現假稠，還導致涂料成膜后的耐水、耐化學(xué)品性下降，所以顏填料的后處理階段，水溶鹽的含量應盡可能低。
3 顏填料的含水量
通常情況下，具有極性化學(xué)鍵結構的顏填料在空氣中很容易吸附水，特別是空氣濕度大的時(shí)候。象碳黑，在高濕度時(shí)，含水量甚至可以高達20%左右。顏填料中水分存在對其分散穩定性影響很大。我們常常發(fā)現，每當空氣潮濕時(shí)，原先很容易分散的顏填料，其在涂料中的細度卻很難達到要求，即使細度在研磨后達到要求，往往稍經(jīng)放置即出現返粗，甚至在調漆階段補加溶劑、樹(shù)脂時(shí)即已出現返粗現象，造成這種現象的根本原因在于顏填料表面吸附的水過(guò)多，不僅向顏填料表面擴散吸附過(guò)程受阻，而且樹(shù)脂與顏填料之間的相互作用受到極大削弱，此時(shí)，涂料廠(chǎng)家采用添加分散劑或補充極性溶劑的方式解決，但補極性溶劑對于象聚氨酯這些對水敏感的涂料是一種禁忌，而分散劑的增加亦意味著(zhù)涂料制作成本的上升，這些措施在涂料生產(chǎn)過(guò)程中都具有局限性。
因而要減少顏填料表面的水含量，最后從顏填料表面改性，粉體包裝等方面考慮，憎水處理的顏填料表面對水的吸附較弱，而粉體的致密性包裝亦可改變對水的吸附量。
4 顏填料的表面處理
眾所周知，一般顏填料的表面極性均較高，而成膜聚合物的分子極性均較低，所以為了阻止顏填料對水的吸附，促進(jìn)顏填料對聚合物的吸附，改善涂膜的強度，很多情況下需要對顏填料進(jìn)行改性。然而改性的方法不同，改性劑的結構有異，將直接影響涂料成膜后的各項性能參數值。解決顏填料的分散性很容易，只要對其作親油處理就可很好地在有機涂層中分散，而無(wú)機顏填料用無(wú)機氧化物包膜可以提高耐候、耐酸堿、耐溫等性能中的一種或幾種，但這些處理對顏填料的分散性事實(shí)上的影響很小。對于有機涂層而言，涂料中顏填料的細度遠比無(wú)機涂層中的顏填料細度要求苛刻，這就要求顏填料不僅原始粒徑需要控制外，還需要進(jìn)行親油處理，以防止因吸附水而導致的顆粒團聚。顏填料的表面處理，一般文獻介紹的大多為小分子表面活性劑與鈦酸酯、有機硅、鋁酸酯等偶聯(lián)劑及無(wú)機硅、鋁、鋯、鈦等包覆，改性劑的用量從0.1%至20%左右不等，很多顏填料在進(jìn)行無(wú)機包覆的同時(shí)還進(jìn)行有機包膜。無(wú)機材料的包膜，從一定程度上改善了材料本身在耐候、耐溫、耐化學(xué)品性上所表現的優(yōu)勢已被證實(shí)，而有機處理的結果相對比較復雜了。
在不考慮顏填料應用時(shí)對涂料綜合性能影響的同時(shí)，一般有機表面活性劑的表面包覆吸附均能在一定程度上改善粉體在有機涂層中的分散性。然而將粉體應用于涂料中的一個(gè)重要目的就在于改善涂料成膜后涂層的某些性能，僅僅只在涂料加工中改善其分散性是遠遠不夠的。我們曾發(fā)現，nm-CaCO3的表面處理劑使用脂肪酸、常見(jiàn)的鈦酸酯、鋁酸酯、有機硅氧烷偶聯(lián)劑與各類(lèi)離子型、非離子型表面活性劑后均能非常顯著(zhù)地提高涂料加工過(guò)程中nm-CaCO3的分散性，然而這些表面處理劑的存在對涂膜的機械性能、耐水、耐化學(xué)品甚至耐光性等方面往往是有害的。筆者認為可能存在兩方面情況——表面處理劑自身對光、熱、化學(xué)品等的耐性與表面處理劑、粉體材料、成膜物之間的弱作用力——導致了表面活性劑的引入使部分性能趨于下降。研究中我們還發(fā)現帶有部分反應性基團的聚合物處理顏填料與小分子處理劑相比明顯具有貯存穩定、改善性能（如耐水、機械性能等）方面的優(yōu)勢。這可能源于大分子處理劑自身的空間位阻與力學(xué)強度。
5 光學(xué)性能
顏填料的光學(xué)性能包括——著(zhù)色力、消色力（白色顏料）、干遮蓋、外觀(guān)色相等。遮蓋力、著(zhù)色力或消色力與粉體的粒徑相對應.
對于遮蓋力而言，當粒子的直徑在光波長(cháng)的一半以上時(shí)，隨著(zhù)粒徑的下降，顏填料的遮蓋力包括混遮蓋力均得到提高；當粒子的直徑小于光波長(cháng)的一半時(shí)，粒子越細，遮蓋力越低。而就著(zhù)色顏料的著(zhù)色力或消色力來(lái)說(shuō)，色彩本身來(lái)源于顏料對光的吸收。雖然對光的吸收強度與粒子直徑存在一定的關(guān)系，但主要取決于物質(zhì)自身的組成、結構。當然著(zhù)色力或消色力還與粉體顆粒的形狀、粒度分布等相關(guān)聯(lián)。
著(zhù)色顏料的外觀(guān)色相同樣與顆粒的粒徑相關(guān)聯(lián)，隨著(zhù)粒徑的減少，粉體將從紅、黃色調向藍、紫色調轉移。
現代涂料對外觀(guān)要求越來(lái)越苛刻，除一些知名色以外，普遍在追求新奇、艷麗色彩。因而我們在顏料的制備過(guò)程中，對于光譜項上不同吸收帶的顏料組成不要輕易舍去，有些十分復雜的涂膜外觀(guān)色調說(shuō)不定就是你們曾經(jīng)淘汰過(guò)的樣品。涂料的顏色隨意性很大，大多數都是根據某些人的感覺(jué)作出的判斷，文化背景的不同造就了人對色彩感覺(jué)的迥異，因而我們在保持傳統顏料色相穩定的同時(shí)，應力求完善顏料家族中的光譜系，顏料廠(chǎng)商在推銷(xiāo)自己產(chǎn)品的時(shí)候，應盡可能讓技術(shù)人員走向前臺，讓自己了解市場(chǎng)到底需要什么，如何向客戶(hù)介紹自己的產(chǎn)品。事實(shí)上我們合成的每一種色調在涂料市場(chǎng)上都有自己合適的位置。
部分顏料在合成過(guò)程中往往同時(shí)伴生其他色調的副產(chǎn)品或顏料分子本身的同分異構體，如：大紅粉、酞菁綠等，如果無(wú)法將雜色除去，可否考慮對體系進(jìn)行有機處理，實(shí)現不同顏色的均勻混合，減少諸如象金光這些不良現象的產(chǎn)生。
隨著(zhù)涂料工業(yè)的發(fā)展，涂料對顏填料的要求也變得越來(lái)越苛刻，這就需要從事顏料研究的技術(shù)人員具有更開(kāi)闊的視野與思維走向，否則我們的顏料工業(yè)可能永遠只能在國外品牌的陰影下生存，民族顏料工業(yè)的發(fā)展則將危矣。
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