体质颜料种类及特性
体质颜料又称惰性颜料、填料,是光折射率与基料非常接近的微米或纳米级无机粉体材料,不溶于成膜物和溶剂。体质颜料包括许多化合物,可从自然界获得、直接制造或作为副产品获得,其中很多体质颜料需要专门的生产。从本世纪起,体质颜料逐渐变成重要的一类化工材料。可应用于粉末涂料的颜料种类很多,市场上对颜料命名没有统一标准,叫法不一比较混乱。如何对体质颜料进行划分至关重要,统观就用于粉末涂料的颜料大体上可以从以下几个方面进行划分。
1、从生成方式或制造工艺划分
体质颜料包括许多种类,从生成方式划可分为天然的与化学合成两大类(见图1)。天然体质颜料又叫重质体质颜料,是采用机械方法(用雷蒙磨或其它高压磨)直接将天然的矿物进行微粉化,再分级得到的产品。如普通高光碳酸钙钙(或超细碳酸钙)、消光碳酸钙,普通高光硫酸钡(或超细细硫酸钡)、消光硫酸钡,滑石粉、绢云母等均为重质体质颜料。
铝化合物。常见者为高岭土和云母粉,以及氧化铝和氢氧化铝。高水合硅酸铝,耐稀酸,具有消光作用。云母(分子式:K2O?2AI2O3?6SiO2?2H2O)系天然大片云母层叠体经研磨而成。它具有弹性的鳞片状结构,在涂料中可起栅栏作用,能改进涂料的抗湿性性能;能增加涂膜的坚韧性,降低吸水性和渗透性,可防止龟裂,延迟粉化;增加涂膜的耐久性和耐候性,并可提高彩色颜料的光彩而不影响颜料。
氧化铝具有硬高的特性,粉末涂料配方采用部分氧化铝有助于增强涂膜硬度。另外,气相纳米氧化铝是综合性能最优异的气雾分散剂,有助于改善粉末涂料流动性。氢氧化铝属于功能性材料,通常用作阻燃剂,具有阻燃、无毒消烟作用。特别是氢氧化铝微偏碱性,用于纯环氧化学消光体系有助于光泽降低。若氢氧化铝与超细天然碳酸钙搭配用于纯环氧化学消光体系,那么得到的粉末涂料产品光泽在 2%以下,属于极无光产品,且光泽几乎不受烘烤条件影响,在"冷炉"中几乎不会升高。
硅化合物。包括粘土、硅土、白炭黑等。石英粉属硅土类,是天然的二氧化硅,质地坚硬耐磨性强,缺点是不易分散,容易沉淀。硅藻土比石英粉软而细,化学性质稳定。硅类体质颜料由于孔隙率较高、吸油量较大,常用来做消光作用填料使用,特别是沉淀白炭黑在溶剂型涂料充当消光剂使用。硅类体质颜料硬度高,可以作用粉末涂料的增硬填充剂。另外,硅类体质颜料具有极高的耐高温性能,又在高温下与铝粉颜料发生化学反应,故常用作耐高温的功能性填充料。而气相白炭黑,具有特殊的晶体结构,常用作粉末涂料后加的流化剂。
复合无机体质颜料。复合无机体质颜料是指两种以上无机物组成的化学成分复杂的无机体质颜料。复合无机体质颜料按其形成方式可分为天然复合无机体质颜料和人工复合无机体质颜料。现代新型粉末涂料产品不仅要求非金属矿物体质颜料具有增量和降低材料成本的基本功能,更重要的是能够填充材料的性能或具有补强和增强的功能。粒径微细化、化学成分和晶体结构复杂化、表面活化被认为是提高无机体质颜料的填充增强和其他性能的主要技术途径。由于不同类型无机体质颜料的颗粒形状、化学组成和晶体结构及物理化学性质的不同,其对填充高聚物基复合材料的力学性能、热学性能、电学性能及加工性能等的影响也不同,将两种以上无机体质颜料进行复合和表面改性,使体质颜料体系的体相结构复杂化和表面活化,在填充时取长补短、相互配合,可实现无机体质颜料填充性能的优化。由于人工复合无机体质颜料具有设计或调节体质颜料化学组成、颗粒形状及晶体结构的优势,能够更好地满足复合材料高强度和高性能的要求,因而是未来无机体质颜料主要的发展方向之一。总之,体质颜料的化学成分决定了其基本的物化性能,不同的产品应根据自身特点选择相应的体质颜料,如硅酸铝的化学惰性,使其成为超耐候粉末涂料的首选。但其的吸油量与分散性又限制了其在耐候性粉末涂料的用量。
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