湿法绢云母在涂料中的功能机理及应用

湿法绢云母在涂料中的功能机理及应用

文字：[大][中][小] 2011-12-17 浏览次数：5

1 绢云母的矿物特性

绢云母属云母类矿物，是一种片状细粒白云母。结构呈二八面体，即由两层硅氧四面体和一层铝氧八面体构成，四面体的顶氧 ( 活性氧 ) 与附加阴离子(OH- ) 位于两层六面网的中央，构成活性结晶水基团。可劈成极薄的片状，径厚比大、富弹性、耐高温(600 ℃ 以上 ) 、耐化学品腐蚀性强，对紫外线具有极佳的屏蔽作用，外表呈丝绢光泽，手感细腻润滑。

另外绢云母的化学组成、结构、构造与高岭土相近，又具有粘土矿物的某些特性，即在水介质及有机溶剂中分散悬浮性好，色白粒细，有粘性等。因此，绢云母兼具云母类矿物和粘土类矿物的多种特点。应用于涂料中，可大大提高涂膜的耐候性，抗透水性，增强涂膜与基材的附着力和涂膜强度，改善涂膜的表观。同时染料粒子易进入绢云母的晶格层间，从而保持颜色长久不褪。绢云母还具有抗藻防霉的功能，国外常用于船舶和海洋涂料。因此，绢云母粉对涂料而言是一种性价比极优的多功能填料。

湿法绢云母是利用安徽滁州当地的优质绢云母矿产资源，选择高品位、高白度的优质原料，通过湿法分级提纯等工艺而制得，绢云母的细鳞片状晶体结构和丝绢光泽在加工过程中没有丝毫的损伤；同时具有较佳的松散密度和高径厚比的显著特点，因此湿法绢云母粉与传统干法生产的绢云母粉相比有着本质的区别和不可比拟的优点，见表 1 。

表 1 湿法绢云母粉与干法工艺绢云母粉比较

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在大量使用的铝粉漆中，如油罐表面漆，一般单独使用浮型铝粉漆用于防护及抗屏蔽，使用期限在 1 年左右，漆膜即失光老化并开始龟裂，加入 5 ％～

8 ％的绢云母后，漆膜可保持 3 年基本无变化 ( 颜色略发暗 ) ，具体检测结

果见表 3 。

2 湿法绢云母在涂料中的功能作用及机理分析

在涂料中添加湿法超细绢云母粉，其功能作用主要表现为：

( 一 ) 提高涂膜的耐候性

取用掺与不掺绢云母粉的同一颜基比同一配方的建筑涂料，进行人工耐老化试验，检测结果见表 2 。

表 2 涂料人工耐老化性检测数据表

检测结果表明，在建筑涂料中添加绢云母，涂料的耐候性指标大幅度提高。其机理是绢云母具有极强的消光屏蔽功能，可以反射近 9o ％的紫外线，而绢云母对紫外线的屏蔽作用主要与两个

因素有关：

(1) 晶体的偏光效应

美国的 H ． S ．卡茨等人认为：无机填料的消光性能决定于矿物晶体的取向不同，取决于其吸收或反射紫外线的能力。绢云母矿物结构属单斜晶体系，有 3 个结晶轴 A 、 B 、 C( 见图 1) ， A 轴与 C 轴之间的夹角为93 ° ， B 轴垂直于 A 轴和 C 轴。绢云母有 3 个主折射率： Ng=1 . 588 ～ 1 . 615 ，Nm=1 . 582 ～ 1 ． 611 ， Np=1 ． 562 ～ 1 ． 572 ，光性方位： Ng 平行于 B 轴， Nm 与 A 轴之间有 3 ° 夹角， Np 平行于 C 轴。光率体图 ( 图 1 中心 ) ：由Ng—Np( 直立面 ) ， Nm — Ng( 水平面 ) ， Nm — Np( 纵切面 )3 个椭圆切面组成， Ng — Np 椭圆切面有 2 个光轴，称为光轴面 (Ng —Np) ，以 Np(C 轴 ) 为平分线，夹角 2V ：15 ° ～30 ° ，白云母的光轴为30 ° ～50~ ° 无机矿物的消光作用程度与光轴角有关，光轴角越大灰暗度越浅，干涉色越高；光轴角越小，灰暗度越高，消光作用越好。所以绢云母矿物屏蔽紫外线、微波的作用要好于白云母，比其它无机填料更优越。

图 1 绢云母结晶体与光率体之间的光性方位图

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另外遮光效应与矿物的排列有序度有关，颗粒状、纤维状矿物在涂膜中排列无序，取向随意。而片状绢云母在涂膜中具有高度的定向性，一般为平行排列，上下重叠，当上下两薄片的光轴面 (Ng — Np) 相互垂直时将会产生全消光，斜交时产生干涉色。

(2) 层间水分子的干涉效应

绢云母晶体中含有结晶水，比白云母高 2 ％，结晶水的折光率为 1 ． 33 而铝硅酸盐的折光率为 1 ． 522 ～ 1 ． 615 ，两者相差较大，折光效应较强，绢云母结构中层与层之间间距约为 100 nm ，与紫外线和微波的波长相近。当自然光穿过绢云母晶体时，因晶体偏光振动，将光分解成光速不等的 Ng 、Np 两偏光，再穿层时再分解，导致№ 、 Np 相重合在一个偏振面上，偏振光能量逐次衰减至 0 时，则完全屏蔽，出现消光。

( 二 ) 提高涂膜的机械性能和抗透水性

在涂料中添加湿法超细绢云母粉，涂膜的表观光泽和机械性能均有所提高，尤其是抗透水性同比提高 3 倍以上。其机理主要是绢云母具有高纵横比的晶体片状结构，而且无论超细至何种程度均为片状结构。无机矿物在涂料中对涂膜强度，遮盖力的作用与矿物的物理形状有关，一般按下列顺序递减：片状 > 纤维状 > 柱状 > 粒状，另外绢云母具有活性羟基基团，容易与乳胶液、溶剂中分子链相结合、缠连，在涂膜中平行排列，上下重叠，使涂膜内部形成一种致密的层网状结构，从而大大提高了涂膜的抗渗透性和涂膜强度。

3 湿法绢云母在涂料中的应用

3 ． 1 抗屏蔽性能应用

表 3 醇酸铝粉漆光泽实验及检测结果

3 ． 2 抗透水性应用

绢云母对于耐水要求较高的油漆体系 ( 如各种防锈底漆 ) 能显著提高其耐水性能，在底漆中加入 3 ％～ 5 ％的绢云母，实验结果见表 4 。

在一些工程类底漆中 ( 如双组分环氧底漆、聚氨酯底漆 ) ，用氧化锌：绢云母 =0.5：1 的比例按 8 ％左右的比例加入，同时减少沉淀硫酸钡、滑石粉的用量，在保持打磨性不变的情况下，能显著提高防腐蚀性能，同时可提高涂料的防沉降性。大日本帝国化工公司在重防腐涂料体系中推荐使用绢云母，其具体使用方法是：磷酸锌 ( 磷酸铝 ) ：氧化锌：绢云母 = 1 ：0.25 ：1.25 ，效果显著。

表 4 耐盐水性检测结果 (5 ％的 NaCI 水溶液 )

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另外，目前在普通油漆中，为了防沉淀，各生产厂家大量使用有机膨润土来改善涂料的沉淀性，但膨润土用量太大，严重影响漆膜的致密性，使其耐水性变差，使用量过小又达不到防沉效果。如果用绢云母取代有机膨润土，既可防沉淀，同时又提高耐水性．并且使用方法简单，可直接加入，而无需像有机膨润土使用前需制备预凝胶，简化了涂料生产工艺。

4 结语