矿物填料在涂料中的应用特性

矿物填料在涂料中的应用特性

1.概述

涂料是一种呈现流动状态或可液化之固体粉末状态或厚浆状态的，能均匀涂覆并且能牢固地附着在被涂物体表面，并对被涂物体起到装饰作用、保护作用及特殊作用，或几种作用兼而有之的成膜物质。

涂料产品除油漆之外，还包括了利用各种合成树脂、乳液等为主要原料生产的溶剂型涂料、乳胶型涂料、水溶性涂料、粉末状涂料等。

涂料中的无机填料又称体质颜料，有时也称颜料增量剂，可分为非功能性填料和功能性填料。前者主要起增量作用，以降低涂料的原材料成本；后者除具有增量作用外，还具有改进涂料或涂膜的某些性能的功能，如控制流变性、改进附着力、控制光泽、提高遮盖力、防止腐蚀和优化颜料积浓度等。

涂料是无机填料的主要用户之一，目前世界上涂料产量约2300万吨/年，共消费填料约600万吨/年。我国已成为世界上的涂料生产大国之一，目前生产的涂料约300万吨/年，大约消耗无机填料80万～100万吨/年。

2.填料在涂料中的功能和要求

涂料中的填料（体质颜料），通常是白色或稍带颜色的，折射率小于1.7的一类颜料。它具有涂料用颜料的基本物理和化学性能，但由于折射率与成膜物质相近，因而在涂料中是透明的，不具有着色颜料的着色力和遮盖能力，是涂料中不可缺少的一种颜料。由于填料绝大多数来自天然矿石加工产品，其化学稳定、耐磨、耐水等特性好，且价格低廉，在涂料中起骨架作用。通过填充增加涂膜的厚度，改善涂膜力学性能，并能起耐久、防腐蚀、隔热、消光等作用。另一方面把它作为降低涂料制造成本的一种途径，利用其价廉、价格远远低于彩颜料，在满足漆膜遮盖力的前提下，适当添加体质颜料来补充彩色颜料在漆中应有的体积。

涂料中使用填料，降低成本不是唯一作用。填料所起的主要作用与功能是：

①在涂料中起骨架、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改善漆膜的机械强度，如提高耐磨性和耐久性；

④调节涂料的光学性能，改变涂膜的外观，如消光等；

⑤成膜物质发生化学反应，使之成一个整体，使涂膜能有效地阻挡光线的穿透，提高

其耐水性和耐候性，延长涂膜的使用寿命；

⑥作为涂料中的填充剂，减少树脂用量，降低生产成本；

⑦对涂膜的化学性能起辅助作用，如增强防锈、抗湿、阻燃性等。

不同的涂料品种和等级对填料的技术要求是不一样的，但对涂料用填料的一般要求如下。

①白度应高，特别是在对涂膜颜色要求很高的涂料中，白度一般要求在90%以上。

②易分散，这不仅有利于降低涂料生产时研磨分散的能耗和时间，更重要的是有利于

涂料性能的发挥，因为填料和颜料的分散好坏，对涂膜性能（光泽、颜色、耐久性

等）有直接的影响。

③要有较低的吸油性，吸油值低才能提高涂料的临界颜料体积浓度（CPVC）,节约树

脂基料，才能适应符合环保要求的现代高固体分涂料的要求，才能制备出含量更高

的预分散填料浆，才能与吸油值日趋降低的颜料（特别是钛白粉）相配套。涂料常

用非金属矿物填料的吸油值如表1.1所示

④应当有确定的粒度和窄的粒度分布，筛余物应尽可能低，现在涂料要求填料在许多

应用领域里具有微细化甚至超细化的粒径，这样才能发挥它在涂料中的空间位隔作

用，使涂膜中的颜料粒子均匀分布，从而最大限度地发挥颜料的遮盖（如钛白粉）、着色（如彩色颜料）和防锈（如防锈颜料）等潜力，起到部分替代颜料的作用。

⑤能使涂料具有良好的流变性（流动性、流平性、悬浮性、增稠性等），使涂料在储

存时不沉淀，便于施工成膜，形成光滑平整的涂膜。

⑥应与涂料中的基料、颜料和其他添加剂有良好的相容性但同时也应有一定的惰性，

不与上述成分发生化学反应。

⑦具有适宜的比表面积，因为它影响着涂料的黏度、流变性、分散稳定性、沉降性和

吸油量等。

⑧具有确定的粒子形状和晶体形态，使涂料具有确定的折射率等光学性能和保证填料

在涂料中应有的功能。

3.涂料中常用的填料类型

涂料中常用的填料有碳酸钙（重钙、轻钙）、重晶石粉（硫酸钡）、滑石粉、高岭土（瓷土地）、多孔粉石英（二氧化硅）、白碳黑、沉淀硫酸钡、云母粉、硅灰石、膨润土等。

1、碳酸钙

碳酸钙是涂料用最主要的填料（体质颜料）

①涂料用碳酸钙的分类

②按特性分类涂料用碳酸钙按特性主要分轻质碳酸钙和重质碳酸钙。轻质碳酸钙

和重质碳酸钙。轻质碳酸钙（沉淀碳酸钙）分普通沉淀碳酸钙、微细碳酸钙、超

细碳酸钙、活性碳酸钙；重质碳酸钙（天然产品）分重质碳酸钙、重质微细碳酸

钙、重质活性碳酸钙。

③按结晶形态分类沉淀碳酸钙改变工艺、控制结晶，可以得到立方晶系、针状结

晶、纺锤形结晶、链状结晶等微细碳酸钙晶体。

④按晶体颗粒大小分类沉淀碳酸钙按晶体大小可以分为：微粒碳酸钙（平均粒径

44～60um）；中粒碳酸钙（平均粒径15～44um）；微细碳酸钙（平均粒径1～15um）；

超细碳酸钙（0.1～1um）；超微碳酸钙（<0.1um）。

重质碳酸钙产品按粉末细度粒级分为单飞粉（细度粒级200目）、双飞粉（细度粒

级325目）和四飞粉（细度粒级400目）；超细碳酸钙（细度粒级1250目）。

（1）碳酸钙在涂料中的应用

碳酸钙是涂料生产中重要的填充剂。碳酸钙在漆膜中起骨架和底材（钢板、木质）的填平作用，增强漆膜沉积性和渗透性。尤其用于金属防锈底漆中，它与金属表面形成氢键，增加其漆膜附着力，并可吸收氢离子以阻止金属形成微电池的腐蚀倾向。另外，碳酸钙的面朝候性好，具有耐磨损、低电解液含量、PH值稳定效应、可提高耐腐蚀性能和涂料的流变性等。粗级别碳酸钙限用于腻子、填孔化合物、金属的底漆及其他产物，它们需要高颜料量、流动性及粗的表面；中等粒级的碳酸钙用在建筑涂料及室内无光或半光漆上；细粒级的碳酸钙主要是沉淀碳酸钙，用于印刷油墨。

重钙可用于各种内用、外用涂料中，最适宜在水性涂料中应用，由于耐酸性差，妨碍了它在外用涂料中的应用。在一般涂料中，重钙的加入量为10%～35%，在各种浮雕化涂料中含量高达50%。

涂料工业采用重钙除用于增量外，主要用于部分取代钛白粉（一般为10%～20%，量大时为30%）和彩色颜料，取代轻钙和沉淀硫酸钡，防腐蚀以及部分取代防锈颜料。

重钙用于室内建筑漆时，可单独使用或滑石粉并用。与滑石粉相比，碳酸钙可降低粉化速率，改善浅色漆的保色性和增加抗霉菌性。

和重钙相比，轻钙具有小的粒径和窄的粒径分布范围、高的吸油量和亮度，轻钙可用在需求最大消光效果的地方。在半光、无光油漆和无光乳胶漆中较普遍将轻钙和重钙混合使用。

2、滑石粉

滑石粉是溶剂型涂料中一种通用型填料，由于更细粒级别的滑石粉问世，使它进入了水性系统。目前在各种底漆、中间涂料、路标漆、工业涂料以及内外用建筑涂料中应用。由于滑石粉质地柔软和磨蚀性低，有良好的悬浮性和分散性，因而在我国涂料工业消费滑石粉填料的比重较大。

片状结构的滑石粉具有优良的涂刷性、涂膜的流动性和平滑性、耐水性及磁漆珠不渗入性，主要用于底漆和中间涂料。纤维状滑石粉吸油量更高些，并且具有良好的流变性，可改善涂料的诸多性能，如防储存时沉降和涂刷时流挂、改进施工性能等。

涂料工业用滑石粉有许多级别的产品，如普通粒度的滑石粉（-325目）、微细级（-20um 和-10um）滑石粉、超细微级滑石粉（-5um）、化学预处理的滑石粉等，分别适用于各种特定的用途和目的。

较粗粒级的滑石粉用于某些需要粗糙的漆膜中，如内墙底漆中间层和斑纹漆；超细级滑石粉用在控制半光磁漆的光泽、稠度和流挂；微细级和超微细级滑石粉除了能改进涂膜性能外，还具有空间位隔能力，可部分取代TiO2等颜料；化学预处理的滑石粉也可取代TiO2颜料。