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体质颜料在粉末涂料中的应用及进展 粉末涂料由成膜体系(基料)、着色体系(着色剂)与添加剂(或称助剂)三大体系组成的产品配方体系,成膜体系为粉末涂料提供基础性能,着色体系为其提供色彩性能、保护或附加功能,添加剂用来改善或提高粉末涂料某一方面性能。其中着色体系通常采用的是颜料,极少数特殊性产品采用染料,而体质颜料属于颜料中重要的无着色功能的颜料品种。
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粉末涂料从上世纪中期开始发展到现在,无论是粉末涂料原料、粉末涂料本身、还是涂装工艺技术与设备均得到了深入长远的发展。颜料(特别是体质颜料)作为粉末涂料配方 大主原料,被粉末技术工作者广泛接受和采用。然而,由于粉末涂料技术工作者或企业只把体质颜料充当填料使用,严重缺乏对体质颜料种类及应用性能的全面研究,往往存在许多应用的误区或盲区。
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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。
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 。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。
从体质颜料粒形及晶体结构上划分 体质颜料颗粒形状。体质颜料供应的粒子大小范围从0.01到44μm有不同的形状,包括球状、纤维状(或针状)和片状等,不同形状的体质颜料在各种聚合物中表现出不同的作用效果。粒子形状影响颜料的堆积、涂膜的柔软性、开裂弥补等,粒子尺寸和粒子尺寸分布影响遮盖力、粘度、涂膜孔隙率、基料和表面活性剂的需求量、光泽、细度等。体质颜料是否与基料起反应关系到盐水喷雾,起泡,抗腐蚀和开裂。一般来说,纤维状、薄片状的体质颜料有助于提高制品的机械强度,但不利于成型加工。反之,球状体质颜料可以改善制品的成型加工性能,但却可能使机械强度下降。体质颜料是通过磨碎矿石或分裂石头的形状,或通过化学沉淀并根据需要再精制和尺寸分级过程来制造。它们的尺寸分离是采用湿法或干法过筛、浮选、离心分离等手段。原料的来源及处理过程将影响颜料的性能。
体质颜料晶体结构。体质颜料具有晶质与非晶质两类,晶体结构也将影响体质颜料的性能。在众多体质颜料中,具有层状结构的粘土矿物只有高岭土、滑石、膨润土、云母四大类。其结构由两种基本结构层构成:硅氧四面体层和铝氧八面体层或铁氧八面体层(见图4和图粘土矿物的结构单位层有两种类型:蒙脱石(膨润土)型:属三层型的结构单位层(2:1型),由两层四面体夹一层八面体组成,伊利石和绿泥石也属三层型。高岭石型:属双层型的结构单位层(1:1型),由 一个八面体层连接一个四面体层组成。层状结构体质颜料不具备非层状体质颜料具有的高硬度性能,但具润滑性、阻隔作用,用于涂料产品中使涂层具有非常好的爽滑感,可以阻挡
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片状增电剂铝型材料粉末涂料专用可增加粉末涂料的带电性
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