【知識錦囊】粉體材料在涂料中的應(yīng)用技術(shù) 硅微粉

文章來源：http://www.dyqzzz.cn 發(fā)布時間：2020-06-17 瀏覽次數(shù)：156

涂料用顏填料、粉體助劑和納米材料統(tǒng)稱粉體材料。本文重點介紹不同結(jié)構(gòu)及性能的顏填料組合后的復(fù)配改性技術(shù)和協(xié)同增效技術(shù)，有效地提升涂料配方設(shè)計水平和涂料產(chǎn)品應(yīng)用效能，為科學(xué)合理地選擇顏填料提出了指導(dǎo)性的可操作方法。

01、引言

? ? ? ?顏填料作為涂料中使用量最大的粉體材料，對改進、提升、創(chuàng)新涂料（涂膜）性能扮演著重要角色，顏填料在涂料中的應(yīng)用技術(shù)引起廣大關(guān)注。

? ? ? ?近年來，我們從實例考量了顏填料的應(yīng)用技術(shù)，已在涂料配方設(shè)計與涂料產(chǎn)品創(chuàng)新中起到積極推動作用。在掌握顏填料結(jié)構(gòu)及基本性能基礎(chǔ)上，合理運用顏填料的復(fù)配改性規(guī)則及協(xié)同效應(yīng)，可提高研發(fā)效率，增加涂料產(chǎn)品技術(shù)含量及競爭力，拓展應(yīng)用市場。

02、顏填料的基本性能

? ? ? ?1、用于涂料的粉體材料

? ? ? ?粉體材料包括有機粉體材料和無機粉體材料，廣泛用于涂料、塑料、醫(yī)藥、日用品、化妝品和其他新材料等領(lǐng)域。用于涂料的粉體材料有顏填料（如著色顏料、效應(yīng)顏料、防銹顏料、通用填料和功能填料等）、粉體助劑和納米材料。

? ? ? ?2、顏填料的基本性能

? ? ? ?涂料配方設(shè)計中選用粉體材料是一種具有創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性的研發(fā)工作，任何一類涂料產(chǎn)品都必須滿足特定的服役環(huán)境和使用壽命要求。顏填料是涂料領(lǐng)域使用量最大的粉體材料，它可使涂料具有著色、遮蓋、保護、裝飾、防腐、耐溫、增強、耐候、美化及改善生活環(huán)境等功能。

03、顏填料的復(fù)配改性技術(shù)

? ? ? ?1、復(fù)配改性的特征

? ? ? ?復(fù)配改性也稱復(fù)合改性（或復(fù)合效應(yīng)）。復(fù)配改性的主要特征是參與復(fù)配改性的基元組分間交叉滲透、正效應(yīng)加和、改善性能、創(chuàng)新產(chǎn)品。實踐表明，復(fù)配改性技術(shù)更新了材料應(yīng)用理念，增加了產(chǎn)品技術(shù)含量，拓展了應(yīng)用市場空間。顏填料的復(fù)配改性技術(shù)為選擇確定涂料用顏填料體系提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

? ? ? ?2、顏填料復(fù)配的規(guī)則

? ? ? ?涂料服役環(huán)境及使用壽命是決定顏填料品種與復(fù)配體系的切入點。在掌握顏填料結(jié)構(gòu)與使用性能基礎(chǔ)上，恰當?shù)厝∮闷贩N與配比，注意調(diào)整顏填料的形態(tài)與粒度分布；考量顏填料體系與涂料其他組分的相容性、匹配性和穩(wěn)定性，發(fā)揮不同顏填料間的正效應(yīng)加和；合理掌控涂料中的顏填料體積分數(shù)（φP或PVC），關(guān)注φP與涂料應(yīng)用性能的關(guān)聯(lián)度，采取防止顏填料粒子產(chǎn)生絮凝的有效措施；設(shè)定的復(fù)配顏填料體系應(yīng)有利于涂料的制造、貯運、涂裝及提升涂膜的應(yīng)用效能等。

? ? ? ?3、復(fù)配改性示例

? ? ? ?近年來，在涂料配方設(shè)計時，對復(fù)配顏料體系進行優(yōu)化整合，達到預(yù)想效果的示例如下。復(fù)配顏填料體系中各組分間配比為質(zhì)量比。

? ? ? （1）耐酸耐蝕性復(fù)配顏填料

? ? ? ?在設(shè)計高固體分油管內(nèi)壁用耐蝕涂料配方時,采用耐酸耐蝕性復(fù)配顏填料組成是鈦白粉∶滑石粉∶活性防銹顏料∶助防銹顏料∶重晶石粉∶石墨粉為1.0∶1.0∶0.6∶0.2∶2.1∶0.02。形成的涂膜具有優(yōu)異的耐混酸（12%鹽酸+3%氫氟酸）、耐硫酸、耐堿、耐鹽水、耐污水、耐油、耐鹽霧和耐高壓堿水等特性，用于輸油管和石油鉆桿內(nèi)壁防護、含酸堿鹽等強腐蝕介質(zhì)防護場所。

? ? ? ?（2）復(fù)配顏填料041

? ? ? ?在輸氣管道內(nèi)壁用減阻耐磨涂料中，采用復(fù)配顏填料041的組成是氧化鐵紅∶沉淀硫酸鋇∶滑石粉∶鈦白粉為13.5∶12.6∶8.3∶15.0。形成涂膜的鉛筆硬度不低于4H，耐鹽霧500h、耐沸水煮7d、耐3.5%鹽水（60℃）30d，耐磨性不大于3.5mg，呈現(xiàn)優(yōu)良的使用效果。

? ? ? （3）復(fù)配顏填料A（或D）

? ? ? ?在設(shè)計單包裝無溶劑環(huán)氧防腐涂料配方時，選擇復(fù)配顏填料A的組成是重晶石粉∶鈦白粉∶滑石粉∶復(fù)合防銹顏料∶粉體助劑FE為39∶19∶13∶16∶2。制造的涂料具有優(yōu)良的貯存穩(wěn)定性、施工性和固化性，涂膜成功通過耐硫酸、耐環(huán)己酮和耐高壓堿水（試棒浸泡在pH為12.5的堿水中，在150℃，70MPa壓力下蒸煮16h，涂膜表面無龜裂、無起泡、無脫落、防著性良好、底材無銹蝕）試驗考核，達到配方設(shè)計要求。試驗證明，重晶石粉∶鈦白粉∶滑石粉∶復(fù)合防銹顏料∶粉體助劑CR為

39∶19∶13∶16∶6-8組配成復(fù)合顏填料D，用復(fù)配顏填料D代替復(fù)配顏填料A，形成的涂膜的服役環(huán)境溫度可達到140℃以上。

? ? ? （4）水性涂料用復(fù)配顏填料

? ? ? ?以苯丙乳液為基料的水性防腐蝕涂料中，復(fù)配顏填料體系組成是氧化鐵紅∶滑石粉∶陶土∶鋅黃∶磷酸鋅為2.5∶1.3∶0.2∶1.0∶0.4。以純丙與苯丙復(fù)合乳液為基料制造底面合一的水性帶銹防銹漆時，采用復(fù)配顏填料體系組成是K-白∶磷酸鋅∶氧化鋅∶滑石粉∶沉淀硫酸鋇∶著色顏料為10∶5∶1∶2∶2∶適量。兩種水性涂料都具有優(yōu)良的性能。

? ? ? （5）復(fù)配顏填料性能比較

? ? ? ?在設(shè)計多用型防垢耐磨涂料配方時，考證4種復(fù)配顏填料體系對涂料施工時的流平性、固化性、涂膜防垢率及耐酸性的影響，確定滿意的復(fù)配顏填料體系。4種復(fù)配顏填料體系組成見表2。

? ? ? ?用硅改性樹脂，4種復(fù)配顏填料，匹配助劑F、908固化劑配制城的多用型防垢耐磨涂料的配方及性能見表3-4。

? ? ? ?由表4可知，用含重晶石粉的復(fù)配顏填料制造的涂料02和涂料03比用含云鐵灰的復(fù)配顏填料制造的涂料01和涂料04有更好的流平性、防垢效果和耐混酸性；在重晶石粉用量基本相等的復(fù)配顏填料體系中，增加鈦白粉和石墨粉用量（減少滑石粉用量）的復(fù)配顏填料02制造的涂料02比減少鈦白粉和石墨粉用量（增加滑石粉用量）的復(fù)配顏填料03制造的涂料03有更優(yōu)良的流平性及防垢效果。在選擇復(fù)配顏填料體系時，除掌握參與復(fù)配的顏填料品種、結(jié)構(gòu)，性能及用量外，還應(yīng)認真考察復(fù)配顏填料對涂料性能的影響，只有優(yōu)化復(fù)配才能確定滿意的復(fù)配顏填料體系。

04、顏填料的協(xié)同增效技術(shù)

? ? ? ?協(xié)同增效技術(shù)也稱協(xié)同效應(yīng)或增效作用。協(xié)同效應(yīng)的特征是采用兩種或兩種以上原料配合時會呈現(xiàn)出比單獨用一種原料更優(yōu)異的某種性質(zhì)，即1+1＞2的效果。下面介紹顏填料的協(xié)同效應(yīng)示例。

? ? ? ?1、顏填料的配合與處理

? ? ? ?選擇涂料的顏填料時，應(yīng)注意不同品種顏填料間的協(xié)同效應(yīng)。如惰性防銹顏料與活性防銹顏料匹配后會產(chǎn)生優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng)；K－白∶氧化鋅∶絹云母為1.0∶0.25∶0.5（質(zhì)量）時，比單獨用K－白有更優(yōu)異的防銹耐蝕性；采用鋁、硅、鋯、鈦聯(lián)合包膜處理TiO2比單獨用一種元素處理TiO2具有更好的耐久性和保光性。

? ? ? ?2、復(fù)合磷酸鹽與鐵紅等的協(xié)同效應(yīng)

? ? ? ?在設(shè)計氣干型水性醇酸防護涂料配方時，采用復(fù)合磷酸鹽∶氧化鐵紅∶重晶石粉為7∶3∶1（質(zhì)量）配合。無毒害的復(fù)合磷酸鹽具有離子交換能力和催化功效，復(fù)合磷酸鹽產(chǎn)生的離子與金屬底材的Fe2+和Fe3+生成螯合物鈍化金屬表面，活潑的正磷酸根離子與涂膜內(nèi)極性基團形成堅硬的絡(luò)合物保護膜；氧化鐵紅對日光、大氣、堿和稀酸相當穩(wěn)定；重晶石粉耐酸堿等介質(zhì)侵蝕、耐光、耐候、耐水，抗腐蝕介質(zhì)破壞能力強。利用三種顏填料本質(zhì)特性的交互作用，產(chǎn)生相當優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng)，明顯提升涂膜的耐蝕防銹性和抗腐蝕介質(zhì)滲透能力，應(yīng)用效果滿意。

? ? ? ?3、氧化鋅與防霉劑的協(xié)同效應(yīng)

? ? ? ?氧化鋅可增加乳膠漆對UV輻射的抵擋力,提升涂膜的抗老化性；對霉菌也起到有效的防護作用。在外墻乳膠涂料中，加入5%的氧化鋅和0.2%的異噻唑啉酮防霉劑，形成涂膜的防霉效果比它們分別單獨使用時更有效，證明氧化劑與防霉劑配合后產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。

? ? ? ?4、其他協(xié)同效應(yīng)

? ? ? ?采用氧化鐵黃與三氧化二鉻配合產(chǎn)生促進固化的協(xié)同效應(yīng)，可有效地提高加成固化成膜涂料的固化反應(yīng)速度，取得實用效果；取熔點450℃、700℃的玻璃粉及偏硼酸鋇配合發(fā)揮良好的協(xié)同效應(yīng)，得到像陶瓷一樣的涂層，呈現(xiàn)好的耐熱性。專用阻燃涂料配方設(shè)計中，考測了幾種顏填料的阻燃效果，其阻燃性數(shù)值比較見表5。

? ? ? ?阻燃涂料的配制組成是基料清漆∶顏填料為1.0∶0.8（質(zhì)量），固化條件為180℃，3min；單獨基料清漆為環(huán)氧樹脂E-44∶專用酚醛樹脂為2∶1（質(zhì)量），基料清漆膜的阻燃性數(shù)值是0.65。將被測涂膜置于酒精燈氧化焰上燃燒時，涂膜阻燃性可按下式計算：阻燃性=t2/t1

? ? ? ?式中：t1被測試涂膜在火焰中燃燒時間（每種被測品在火焰上燃燒時間相同，樣品質(zhì)量相等），s；t2被測試涂膜離開火焰后，涂膜上的火焰自熄時間s。

? ? ? 上式計算的阻燃性數(shù)值越小，涂膜的阻燃效果越好。由表5知，含滑石粉∶氧化鋅∶鈦白粉為1∶1∶1的混合顏填料涂膜中，由于三種顏填料交互作用產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，則阻燃效果比它們分別單獨使用時更好。在專用阻燃涂料中加入具有良好阻燃性的混配顏填料，不僅提升涂膜的阻燃效果，而且降低阻燃涂膜的吸水率及阻燃涂膜的制造成本。

05、結(jié)語

? ? ? ?運用顏填料的性能及復(fù)配規(guī)則，展示復(fù)配顏填料體系的正效應(yīng)加和，取得優(yōu)良功效。復(fù)配改性技術(shù)設(shè)計內(nèi)容豐富，滲透領(lǐng)域廣泛，應(yīng)用效果突出，為涂料配方設(shè)計及涂料產(chǎn)品創(chuàng)新起到推動作用。兩種或兩種以上的顏填料組配后，對涂料的某種性能起1+1＞2的改善效果。將顏填料有針對性選配，就可能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。涂料配方設(shè)計者應(yīng)著力探尋、發(fā)掘，利用協(xié)同效應(yīng)示例，為增加涂料產(chǎn)品技術(shù)含量與涂料品種更新提供新思路與新方法。