4.乳胶漆的基本概念和成份-填料

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4.5-5m，孔隙率达8090%，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


高岭土的表面电荷分布
--
+ - - - - - -
+ -
+ -
+ -
+ -
-- -
+
+
+
+
+
高岭土的表面化学
水化高岭土的Zeta 电位
pH 值 •0 •-5 •2 •-10 •-15 •-20 •-25 •-30 •-35 •-40 •-45 •3 •4 •5 •6 •7 •8 •9 •10
乳胶漆的主要组份
乳胶漆 水 聚合物乳液 溶剂 颜填料 助剂
成膜助剂
防冻剂
颜料
遮盖聚合物 填料
分散剂
增稠剂 润湿剂 消泡剂
防微生物剂
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
•燧石粉
•硅藻土
•石英粉
•白硅石粉
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。

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。
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. 2. 3. 4. 5.
骨架、填充作用，增加漆膜厚度，使漆膜丰满坚实；
调节涂料的流变性能，如增稠、防沉淀等；
改善漆膜的机械性能，如提高耐磨性和耐久性； 调节涂料的光学性能，改变漆膜的外观，如消光等； 对漆膜的化学性能起辅助功能，如增强防锈，抗湿，阻燃性等。


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粒径分布曲线(举例: 粒径1um的碳酸钙)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 20 10 5 2 1 0.5 0.2
中间粒径
TiO2 粒径范围
筛孔细度，um
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SEM 下的 5um 碳酸钙的粒径分布情况
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不同填料的粒径比较

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。

不同吸油量的填料具有不同的CPVC
• vs PVC •遮盖
•105 •104 •遮盖 •103
Paint: 30 VS Res3083 150# TiO2 Varied PVC extenders
•102
•101 •100 •99 •98 •97 •20.0 •30.0 •40.0 •50.0 CPVC 50PVC CPVC 58PVC •60.0 •填料 •PVC •70.0 CPVC 42PVC •水洗高岭土 •煅烧高岭土 •碳酸钙 •80.0 •90.0 •100.0
900oC

CaCO3----------> CaO + CO2
CaO ---------> Ca(OH)2+ CO2 ---> CaCO3 +H2O
H2O
碳酸钙的表面化学
+10 Zeta 电位
溶解
0 等电点 -2 7 pH 10
碳酸钙的耐久性 – 起霜
空气中的SO2 溶解在漆膜表面的水膜中并形成酸： SO2 + H2O <-----> HSO-3+H+ (HSO-3 <---> H++SO3-2) 碳酸钙被溶解: H+ + CaCO3 <----> Ca+2 + HCO3溶解的钙离子迁移到漆膜表面并被沉淀: Ca+2 + HSO-3 + 2 H2O <-----> CaSO3. H2O + H+
全部光线被反射，不能 看到基材，表现为白色
有填料乳胶漆的遮盖
钛白粉被填料挤在一边， 光线通过填料通道到达底 材，表现为灰色。
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)

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
不开裂最大膜厚， mils
•50
•40 •30 •CPVC 以下
•20
•10 •0
片状高岭土 非片状高岭土 碳酸钙
•CPVC 左右
•CPVC 以上
Paint: Paint: 30 30 VS VS Res3083 Res3083 150# 150# TiO2 TiO2 Varied Varied PVC PVC extenders extenders 35C/50%RH 35C/50%RH
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）。
•填料类型
颜填料的硬度
莫氏硬度： 软（滑石）= 1 ―――――――→ 硬（钻石）= 10

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
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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


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。
乳液粒子 0.15um
钛白粉 0.25um
高岭土 2um
碳酸钙 5 um
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
漆膜表面光滑，光线的反射 不受干扰，表现为高光泽。
有填料乳胶漆的光泽
漆膜表面粗糙，光线的反射 被干扰，表现为低光泽。
填料粒径对乳胶漆光泽和遮盖的影响
填料粒径对光泽和遮盖的影响

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。

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。
12 10 85 deg gloss Hiding 94.5 94 93.5 93
Paint: 52 PVC/22VS Rovace 9900 21PVC TiO2 31PVC CaCO3
85度光泽
8 6 4 2 0 2 5
92.5 92 91.5 12 碳酸钙粒径 (um)
遮盖
无填料乳胶漆的遮盖
不同吸油量的填料具有不同的CPVC
碳酸钙
高岭土
遮盖聚合物 20 30 40 PVC 50 60 70
填料的形状
砾石状
针状
书页状
片状
骨骼状
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 片状和针状颗粒长径比 小 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）
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。

二氧化硅 (SiO2)
二氧化硅
天然无定形二氧化硅
（不含水）
天然无定形二氧化硅
（含水）
天然结晶型二氧化硅

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。
•Zeta 电位 (mv)
高岭土的等电点为 pH 2 (碳酸钙为pH 10)
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。
乳胶漆常用颜填料的种类和用量（北美）
•其它 • 7%
•硅藻土 • 8%
其它：重晶石， 长石，霞石，硅 灰石，云母
•石英砂 • 9%
•钛白粉 •30%
•滑石粉 • 9%
•高岭土 • 16%
•碳酸钙 • 21%
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
CaSO3 晶体在漆膜表面形成白霜
白霜现象
高岭土

高岭土的原生矿 物具有书页状的 构造
高岭土

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。

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。