乳胶漆基本概念和成份-填料

乳胶漆基本概念和成份-填料

内容

*乳胶漆所用填料的定义和功能

*填料的主要性能指标

*乳胶漆所用填料的主要种类及性能特点

*乳胶漆中填料的选择

什么是填料？

*填料又被称为体质颜料，但不能提供明显的颜色和遮盖力，其主要作用是降低乳胶漆的成本，并可改善某些性能或消除某些弊病。

填料在乳胶漆中的功能
填料在乳胶漆中的应用正从单纯降低成本，向功能化转变:

1.骨架、填充作用，增加漆膜厚度，使漆膜丰满坚实；

2.调节涂料的流变性能，如增稠、防沉淀等；

3.改善漆膜的机械性能，如提高耐磨性和耐久性；

4.调节涂料的光学性能，改变漆膜的外观，如消光等；

5.对漆膜的化学性能起辅助功能，如增强防锈，抗湿，阻燃性等。

乳胶漆常用颜填料的种类和用量（北美）


填料的主要物理性能指标

*粒径

*比表面积和吸油量

*颗粒形状

*硬度

粒径

*粒径一般是指等效球体直径

*范围从0.2um到50um不等，一般来讲，粒径越细，价格越高

*一般填料的粒径分布都比较宽

粒径分布曲线(举例: 粒径1um的碳酸钙)


SEM 下的 5um 碳酸钙的粒径分布情况

不同填料的粒径比较

填料粒径对漆膜性能的影响

*光泽

*遮盖

无填料乳胶漆的光泽


有填料乳胶漆的光泽


填料粒径对乳胶漆光泽和遮盖的影响


无填料乳胶漆的遮盖


有填料乳胶漆的遮盖

比表面积和吸油量

*比表面积是指单位质量的物质所具有的表面积。颗粒粒径小和高孔隙率的填料，比表面积也大。

*吸油量是颜填料吸收亚麻仁油的能力。单位：g/100g 颜填料

*吸油量反映了颜填料的比表面积。填料粒径越小，内部越多孔，吸油量越大。

*影响：临界颜料体积浓度 (CPVC)

不同吸油量的填料具有不同的CPVC



填料的形状


填料外形均匀性的表征 - 长径比

*为颗粒的长度与直径之比

*瘤状和块状颗粒长径比   小

*片状和针状颗粒长径比   大

颗粒外形对乳胶漆性能的影响

*片状填料有助于提高耐水性

*片状和针状填料有助于漆膜增强，并防止漆膜泥裂（Mud Cracking）

*瘤状和块状填料可以提高漆膜硬度

*多分散的外形影响漆膜光泽

举例：填料外形对漆膜泥裂（Mud Cracking）的影响


颜填料的硬度

*硬度是颜填料内部化学键强度的表现

*影响涂料的耐洗刷、耐划伤、耐磨光性能

*硬度高的填料对生产设备的磨损严重

乳胶漆中常用的填料

*碳酸钙

*高岭土

*滑石粉

*二氧化硅

*硅藻土

*云母

碳酸钙

*块状外形

*分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙两种，是乳胶漆中最常使用，也是最便宜的填料。

重质碳酸钙

*重质碳酸钙 (GCC): 将天然矿石如方解石经筛选、破碎、干磨或湿磨再经分级而成。主要成分是碳酸钙，往往含有少量的碳酸镁、二氧化硅及三氧化二铝等杂质。外观呈白色粉末，颗粒粗大，相对密度2.71，吸油量10~25g/100g，pH约为9 。

*又被称为大白粉、白垩、石灰石粉、方解石粉等。

*除了标明细度，重质碳酸钙习惯上又按照粉碎的细度不同分为单飞粉、双飞粉、三飞粉、四飞粉（①200目≥95%为单飞粉；②325目≥99%为双飞粉；③325目≥99.9%为三飞粉；④400目≥99.95%为四飞粉）。

轻质碳酸钙

*轻质碳酸钙 (PCC)：轻质碳酸钙多采用沉淀法生产。将石灰石煅烧成氧化钙后制成氢氧化钙，与煅烧出的二氧化碳反应生成碳酸钙，再经过滤、烘干、粉碎、筛分，然后成为成品。

*轻质碳酸钙纯度都在98%以上，平均粒径在3um以下，一些超细品种的粒径可在0.06um左右。由于颗粒细小，吸油量大大增加，达25~60g/100g。pH值在9~10之间。 


碳酸钙的表面化学


碳酸钙的耐久性 – 起霜

高岭土

*高岭土的原生矿物具有书页状的构造

*高岭土的主要成份是Al2O3·2SiO2·2H2O，又称为水合硅酸铝、瓷土、白陶土。常含有石英、长石、云母等杂质。外观呈白色粉末，质地松软、洁白，相对密度2.58~2.63g/cm3，折光率1.56，吸油量30~50g/100g。

*用于乳胶漆可改进悬浮性、防止颜料沉降，提高钛白粉的效率，并增强漆膜硬度。缺点是吸油量太大。

*根据加工方法，可分为煅烧高岭土和水性高岭土。一般来说，煅烧高岭土的吸油量、孔隙率、硬度和白度都高于水洗高岭土，但价格也高于水性高岭土。

高岭土的表面电荷分布


高岭土的表面化学


滑石粉(水合硅酸镁 3MgO .4SiO2.H2O)

*滑石粉是将天然滑石经挑选后，粉碎和研磨至所需的细度的成品.

*外观为白色粉末，密度2.7~2.8g/cm3，折射率1.54~1.59，pH 9.0~9.5， 吸油量25~50g/100g。

*有片状和纤维状两种。对于漆膜的耐水性和防潮性，片状比纤维状优越。

*在涂料中不易下沉，并可使颜料悬浮，防止硬沉。能吸收漆膜内应力，防止开裂。

二氧化硅 (SiO2)

*分为天然和人造产品两大类，主成份都是二氧化硅，但有部分品种含有结构水。

*化学属性上都具有的二氧化硅的特性，为白色粉末中性物质，耐酸耐碱，耐高温。物理性质随来源不同有极大差别。

天然结晶型二氧化硅 (石英粉)

*天然石英砂经粉碎风选而成

*白色粉末，吸油量24~36g/100g，密度2.65g/cm3，折射率1.55，pH 7，粒径为1.5~9.0um。


结晶型二氧化硅的性能特点

*高硬度 ，有利于提高耐磨光、耐擦洗、耐划伤性能。

*对分散设备磨损较大。

*吸油量低

*稳定性、耐久性非常好

*光泽均匀

*吸入10um以下的颗粒会造成健康问题

改性天然结晶型二氧化硅 (方石英)

*方石英是由石英高温煅烧而成:

.晶形转变（表面去羟基化）

.密度降低

.硬度降低

.消光作用

硅藻土

*硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要由古代硅藻遗体组成，其中的氧化硅多数是非晶体。

*白色、灰白色、灰色或浅灰褐色粉末，细腻、松散、质轻、多孔、吸水性、渗透性强。

*硅藻形状多变，有圆盘状、针状、筒状、羽状等。松散密度为0.3-0.5g/cm3，莫氏硬度为1~1.5，硅藻骨骼微粒尺寸为4.5-5mm，孔隙率达80-90%，化学稳定性高。
 

硅藻土的性能特点

*硅藻土在乳胶漆中的主要作用是消光，其不规则的外形能有效提高漆膜表面粗糙度.

*硬度低，易碎，因此耐磨光性差

硅灰石（硅酸钙）

*硅灰石的工艺特性有：具有针状晶形，甚至细小的颗粒也呈纤维状，纤维的长度与其直径之比通常为7~8:1，有的可达15~20:1；具有稳定的物理化学性能。

*硅灰石是一种偏硅酸钙矿物，分子式为CaSiO3，硬度4.5~5级，比重2.87-3.09g/cm3，pH值 9，折光率>1.62，吸油量20-26g/100g。

硅灰石的性能特点

*可代替部分白色颜料，起遮盖、增量作用，降低成本并使白漆保持长久明亮的色调。

*针状结构有利于改进漆膜的机械强度，并能消除光泽。

*碱性填料，可用作聚醋酸乙烯酯乳胶漆的pH缓冲剂。

云母 (3Al2O3 . K2O . 6SiO2 . 2H2O)

*云母矿经过干式或湿式研磨后形成细粉，过滤干燥后成为片状细粉产品。

*外观为银白色或灰色，密度2.82g/cm3，折射率1.58，吸油量40~70g/100g，硬度2.5，粒径5~20um。 云母粉的性能特点

*主要利用其高径厚比的片状结构，良好的耐热性、耐侯性、透明度、耐化学性和紫外线屏蔽性等性能。

*对机械强度漆膜有增强作用，可防止开裂。

*可赋予漆膜“闪光”效果。

*湿法云母粉的一个重要应用是作为云母钛珠光颜料的载体原料。

重晶石 (BaSO4)

*有天然和合成两种，天然品称为重晶石，合成品称为沉淀硫酸钡。

*填料中密度最大的品种，密度4.3~4.5g/cm3；

*折射率高（1.64），有一定的遮盖力。

*耐酸耐碱，耐光耐热，吸油量低，天然产品吸油量为9g/100g左右，合成产品在10~15g/100g左右。

*白度高，质地细腻，抗起霜，抗铁锈污染，是建筑涂料常用填料之一。

*缺点是密度高，容易沉降。

乳胶漆常用填料的品种及主要特性


乳胶漆中填料的选择 
合理选择填料的品种及规格可大幅度地提高乳胶漆的质量,如果选择不当则会带来不必要的麻烦。

1.根据涂料的应用范围选择不同品种

*乳胶漆分为内墙涂料、外墙涂料，一般在外墙涂料中选择耐候性好、不易粉化的填料。建议使用绢云母、硫酸钡、硅灰石、煅烧高岭土等，一般不用轻钙。

*内墙涂料中建议使用重钙、轻钙、滑石粉、高岭土等白度较高的产品，同时使用超细粉体。

*工厂的地理位址也是一个重要的因素，最近的填料供应商往往可以提供更便宜的产品。

2.根据使用填料的品种选择不同细度

*重钙、硫酸钡、滑石粉、煅烧高岭土等填料在涂料中使用,一方面起到体质填充的作用,另一方面具有一定的干遮盖力,一般建议使用超细产品,因为填料对二氧化钛的遮盖力有增效作用, 同时提高漆膜的强度和耐水性能。

*使用硅灰石、绢云母是为了提高漆膜强度、耐候性、耐水性等,一般建议使用800目左右的产品,如考虑漆膜效果时,可采用1250目左右的产品,2000目以上的产品一般不建议使用。

3.根据CPVC 要求选择不同的填料

*填料的细度越高,其比表面积越大、吸油值越高,CPVC 就会越小。

*通常乳胶漆配方的PVC不超过CPVC ,否则将影响漆膜的许多物性。两个PVC 值相同的乳胶漆配方,因使用原料及比例的不同,产品的CPVC 值并不相同。因此,要使乳胶漆具有高的PVC 值,其质量又能符合国家标准,关键在于使乳胶漆具有高的CPVC ,从而最大限度地缩小PVC与CPVC 值间的差距。

*在设计涂料配方时,高性能的乳胶漆采用超细填料，低档乳胶漆选择粒度相对粗、吸油值低的填料，如重钙、重晶石等