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| 非礦粉體在乳膠漆及膩子中的應用進展 |
| 來源：中國粉體技術網 更新時間：2014-09-03 11:14:15 瀏覽次數： |
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乳膠漆及膩子用粉體材料按生產工藝分為合成材料、天然物理加工材料（也稱礦物粉體材料），而礦物粉體材料又主要是非金屬礦物粉體材料，其在乳膠漆及膩子中主要起填料和某些功能添加料的作用。隨著非金屬礦物提純、超細粉碎、表面改性技術的發展，質優、價廉的非金屬礦物粉體材料在乳膠漆及膩子中的使用品種、用量逐年擴大和增加，尤其是作為填料的粉體材料用量增加幅度更大，大量的替代了成本較高的各種合成粉體材料；而選擇某些功能礦物粉體材料配制的新型乳膠漆及膩子品種也日益得到人們認可，乳膠漆專用粉體材料成為近年來非金屬礦加工領域的研究熱點，乳膠漆及膩子用粉體材料也成為非金屬礦物粉體材料重要的應用方向之一。
1 乳膠漆及膩子用礦物粉體材料品種和應用
粉體最早用于乳膠漆及膩子中是為了增加涂料和膩子體積，僅起填充作用以降低產品成本，主要定義為填料。隨著礦物深加工技術的發展，粉體經過進一步精制和改性，附加上了許多其它功能。乳膠漆及膩子用礦物粉體材料在配方設計過程中如再通過品種選擇及合理搭配，可以改善乳膠漆及膩子的許多性能，表現為：
⑴ 有效降低乳膠漆漆膜的光澤；⑵ 提高乳膠漆的硬度、耐磨性和抗拉伸強度；⑶ 改善乳膠漆的白度，提高乳膠漆的粘度，改善沉降性能；⑷ 在高 PVC（顏料體積濃度）乳膠漆中，提高乳膠漆的干膜遮蓋力；⑸ 提高乳膠漆的固含量和漆膜豐滿度，改善乳膠漆的施工性能；⑹ 降低 VOC（揮發性有機化合物）含量；⑺ 釋放負離子功能；⑻ 改善乳膠漆的耐擦洗性、抗沾污性和老化性等。按照礦物粉體材料在乳膠漆及膩子中起的作用，可將粉體材料分為普通填料、活性填料、功能材料。
1.1 普通填料
1.1.1 重質碳酸鈣
重質碳酸鈣主要成分是CaCO3，是用量最大的非金屬礦物粉體材料品種，在乳膠漆的各種內、外墻產品和配套膩子中都有大量的應用。早期使用的重質碳酸鈣粉體其篩分粒度一般多控制在0.045μm ~0.075μm，俗稱大白粉或雙飛粉。隨著重質碳酸鈣超細粉碎、形貌控制、表面改性等加工技術的發展，原料價格低廉、白度高、化學性質穩定的重質碳酸鈣在乳膠漆和配套膩子中得到大量的應用，已大量取代成本相對較高、耐老化性能稍差的輕質碳酸鈣。
超細重質碳酸鈣粉體材料對縮短乳膠漆生產過程中的分散砂磨時間、提高遮蓋力、改善乳膠粘度、降低鈦白粉用量及改善膩子的打磨性能等均有顯著效果。隨著中國大量優質、高白度重質碳酸鈣資源的發現和加工技術的進步，重質碳酸鈣粉體已大量取代輕質碳酸鈣。目前在內墻乳膠漆中應用效果較好重質碳酸鈣粉體是粒度控制d97＜10μm、d50 約為1.5μm、白度＞95%、CaCO3≥98%的乳膠漆專用重鈣粉體材料，其在性價比上較其它常用粉體有較好的綜合優勢。
1.1.2 高嶺土
高嶺土是以高嶺石為主要礦物成分的粘土礦，高嶺石化學式為Al2O3.2SiO2SiO2，高嶺土有水洗高嶺土和煅燒高嶺土之分。水洗高嶺土成本低，在內墻乳膠漆中適量使用具有改善涂膜手感的效果；煅燒高嶺土白度高、粒徑小，在外墻涂料中使用超細煅燒高嶺土可替代適量的鈦白粉而不會降低涂料的耐老化性能，并且還因能夠消除高鈦白粉含量對涂膜的光絮凝作用和增加入射光的有效散射而使遮蓋力提高，近年來在外墻涂料中得到較多應用。乳膠漆用高嶺土一般選擇 d97 約為15μm、d50 約為2μm、白度＞92%的超細高嶺土。
1.1.3 滑石粉
滑石是一種層狀含水硅酸鹽，理論化學式3MgO.4SiO2H2O，觸摸有滑膩感，天然質純的滑石礦很少，礦體常伴有綠泥石、蛇紋石、菱鎂礦、透閃石、白云石等?；塾糜谌槟z漆中可改善涂料的施工性、流平性，且硬度較高，同時還能有效提高涂層的耐蝕性；在配套膩子中應用能夠改善膩子的批刮性。但在乳膠漆用量大時易引起結塊性沉淀，在涂刷施工后也易引起粉化，并且高白度的滑石資源量有限，其用量近年來逐步減少。
1.1.4 重晶石粉
重晶石粉主要成分是BaSO4，性質和用途相近的是合成的沉淀硫酸鋇。重晶石粉可用于各種中、高檔內、外墻乳膠漆和配套的高檔膩子。因其密度接近鈦白粉，因而可用其取代少量的鈦白粉，既不會使涂料的遮蓋力明顯降低，也不會因為使用它而改變了涂料的PVC，因而在乳膠漆中適量使用重晶石粉不會顯著改變涂料的物理力學性能。
從白度指標考察，天然高白的重晶石原礦資源較重質碳酸鈣少，塊礦加工成同樣粒度的粉體其加工成本較重質碳酸鈣高，因此，其在乳膠漆中的應用也有一定局限。
1.1.5 硅灰石粉
硅灰石主要成分為CaSiO3，呈纖維狀晶型結構，加工后的粉體可保持長徑比＞10 的特性。硅灰石粉體白度高，也因其纖維狀結構，分散后不僅提高涂膜的潔白感，而且能增加涂膜的強度，在復層涂料中硅灰石粉體被廣泛作為抗裂纖維。
1.1.6 白云石粉
白云石主要化學成分為MgCO3，同時也含有一定量的CaCO3。白云石粉在乳膠漆中的主要作用與重質碳酸鈣粉相似，但耐候性較重質碳酸鈣粉稍差。
1.1.7 云母粉
云母粉主要成分為鋁硅酸鹽，其具有連續層狀的結構，分為白云母、黑云母、鋰云母等。 乳膠漆中主要是用白云母邊角料加工的白云母粉。云母片在涂膜中能平行取向排列，因而能增大涂膜的封閉性能，在多種外墻涂料適量應用，能夠提高涂膜的耐老化性和耐腐蝕性。絹云母是白云母或鈉云母呈致密微晶集合體的亞種，為中低溫熱液蝕變礦物。絹云母加工后的粉體保留礦物具有的絲絹光澤，粉體潤滑、細膩、白度較高，用其配制的漆料耐候性較好，但其白度較高白度的重鈣粉相比較低，在大量應用的白色乳膠漆中用量受到限制。
1.2 活性填料
1.2.1 石膏粉
石膏主要成分為CaSO4，商品銷售的產品分為生石膏（二個水）、熟石膏（半個結晶水）。石膏粉遇水能夠發生水化反應生成凝膠而具有一定的強度，主要在乳膠漆配套的內墻膩子中應用，能夠起膠結作用而降低粘結劑的用量，內墻石膏膩子已經成為乳膠漆的重要配套產品。
1.2.2 灰鈣粉
灰鈣粉主要成分是Ca(OH)2，是一種氣硬性膠凝粉體材料?；意}粉作為活性填料配制的建筑涂料流平性好、漆膜手感滑潤、耐水性和耐濕熱性好、成本低，灰鈣粉也具有良好的干遮蓋力，能使漆料在鈦白粉用量不高的情況下具有較高的遮蓋力；使用灰鈣粉配制的乳膠漆具有較好的環保性，能夠長期吸收使用環境中的二氧化碳；且因為灰鈣粉的堿性較高，配制漆料時防霉劑和成膜助劑用量少；但灰鈣粉在涂料中應用也有缺限，如用于舊墻面時易發黃等。
1.3 功能性材料
1.3.1 電氣石粉
電氣石俗稱“碧璽”，是一種以含硼為特征、化學組成復雜的環狀硅酸鹽礦物，電氣石的主要用途是作寶石、壓電、熱釋電材料，而加工的電氣石粉在溫度、壓力變化時其晶體可產生電勢差，致使周圍的空氣發生電離，被擊中的電子附著于鄰近的水和氧分子并使它轉化為空氣負離子，移動時能將負電荷輸送給環境中的細菌、灰塵、煙霧微粒以及水等，電荷與這些微粒相結合能達到凈化環境空氣的目的；此外，電氣石結晶體兩端隨著溫度的變化可產生電壓，其所含極性離子在平衡位置振動能引起偶極距變化產生遠紅外電磁輻射，能使人體產生熱效應和共振吸收，對人體有保健作用。
負離子涂料同一般乳膠漆的主要區別是在其制作過程中添加了電氣石粉，但普通的電氣石粉產生負離子量有限，一般需經超細粉碎、溶膠凝膠法包覆改性、離子交換摻雜以及高溫激活等手段提高負離子發生量，具有負離子釋放量高、發射遠紅外線、抗菌并凈化空氣的作用。
1.3.2 膨潤土
膨潤土是以蒙脫石主要成分的層狀硅酸鹽礦物， 蒙脫石理論組成為其結構是以二個硅氧四面體夾一個鋁氧八面體構成單位晶胞，蒙脫石四面體中的硅被鋁、八面體中的鋁被鎂或鐵同晶置換，使片層表面具有過剩的負電荷，并通過層間吸附Na+、K+、Ca2+、Mg2+等陽離子達到晶胞電荷平衡，膨潤土能直接或提純后使用。
膨潤土吸附水后其體積能夠增大至原體積的幾到十幾倍，且在水體系中能夠釋放出帶電微粒而使涂料的粒子產生靜電斥力，所以有顯著的增稠和懸浮作用，已成為內、外墻乳膠漆中常用的價廉增稠、懸浮劑，在粉狀涂料中也能大量應用。膨潤土色澤偏黃或粉色居多，對白度要求高的配方其應用量受到一定的局限。
1.3.3 石英粉
石英粉主要成分為SiO2，密度大、硬度高、耐化學腐蝕性好，在功能型建筑涂料中，石英粉及砂是耐磨地面涂料和耐酸涂料的主要填料，也是乳膠漆配套用高檔墻面膩子的主要原料。
1.3.4 海泡石
海泡石是一種富鎂硅酸鹽，理論式為Mg8[Si12O30](OH)412H2O，外觀灰白色，其微觀組織呈針束狀，相對密度小，空隙發育良好，吸附和水化能力很強，在水溶液中能夠高度分散，具有較高的粘度，并能夠產生觸變效應，其懸浮體系具有很好的穩定性。在乳膠漆配方中能夠起到增稠、懸浮作用，被用作乳膠漆增稠、流變劑。
1.3.5 硅藻土
硅藻土是一種生物成因的硅質沉積巖，主要由硅藻的遺骸所組成，成分以SiO2.nH2O 表示，礦物成分以蛋白石及變種為主，常伴生各種粘土、石英及白云石等，純凈的硅藻土為白色，實際色澤因伴生的鐵或有機質被污染成其它顏色。硅藻土其孔隙度大、吸附性強、質輕、熔點高，用作保溫隔熱、防霉、吸音的乳膠漆功能材料添加劑使用。
1.3.6 膨脹珍珠巖粉
珍珠巖是一種由火山噴發經急劇冷卻而成的玻璃質酸性熔巖，因其具有珍珠裂隙結構而得名。其成分隨產地不同而略有差異，一般SiO2 含量為68%～75%、Al2O3 為9.0%～14.0%、Fe2O3 為0.9%～4.0%、Na2O 為2.5%～5.0%、K2O 為1.5%～4.5%及結晶水2%～6%等。珍珠巖在1200℃高溫條件體積可膨脹數倍至30 倍，其膨脹后的粉體是制作優質超輕絕熱漆料和膩子的功能添加材料。
2 乳膠漆及膩子用礦物粉體材料技術進展
2.1 新型礦物粉體材料開發進展
2.1.1 電氣石粉
室內環境是人們活動最頻繁、最密切的地方，當空氣中負離子濃度較高時，能抑制多種病菌的繁殖，降低血壓和消除疲勞，促進人體的生長和發育，空氣負離子也被喻為“空氣中的維生素”。而采用有效的提高空間負離子方法是涂刷負離子內墻乳膠漆。
電氣石的眾多應用領域是以粉體為基礎的，注重粉體細、比表面積大的超細電氣石粉研究，使其壓電性、熱電性效果的發揮更好；負離子激發劑是由稀土氧化物和光催化半導體材料在一定溫度和壓力下活化而成，能有效激發電氣石粉釋放負離子量。
2.1.2 膨潤土
膨潤土是開發應用較早的品種，在聚乙烯醇類建筑涂料中曾作為防沉、增稠劑而得到大量應用；由于其顯著的增稠、抗沉降效果，膨潤土也在丙烯酸樹脂乳液乳膠漆中得到應用。膨潤土在水相中的增稠效果較好的是低電解質濃度的溶液，而在高電解質體系中添加量將受到一定限制。膨潤土含蒙脫石是天然納米材料，通過提純、晶片解離技術，可以制得在乳膠漆體系中呈一維納米分散的超細蒙脫石粉，其具有較好的增稠、抗沉降、耐老化等性能。
2.1.3 高嶺土
高嶺土是在乳膠漆中較大量應用的粉體，以水洗高嶺土改善涂膜手感而用于內墻涂料，以煅燒高嶺土增加涂膜厚度、提高遮蓋力而用于外墻涂料。煅燒高嶺土用于耐候性要求高的外墻涂料能降低鈦白粉用量，對降低乳膠漆成本具有較好的效果。乳膠漆用高嶺土其研究重點是在合理保護其晶片結構的前提下，使其片層充分解離，使高嶺石的結構特性充分發揮。
2.1.4 海泡石
海泡石作為粘土礦物因其空隙發育良好，吸附和水化能力較強，在水溶液中能夠高度分散，具有較好的增稠、抗沉降性能；又因其微觀針束狀結構而具有較好的補強效果，是乳膠漆中新型的天然增稠、增強功能粉體材料。
2.2 重視填料的應用性能研究
重視填料的應用性能的突出標志是加強對填料的深度加工。例如，過去使用的填料細度一般都在400 目以下。隨著加工技術的發展，現在涂料中使用800 目以上細度的填料已經十分常見?，F在中、高檔涂料用填料一般都在2000 目，甚至更高的細度范圍，而且使用時直接高速攪拌即可達到乳膠漆的細度要求，免去砂磨工序。這里需要指出的是，填料的細度并不是越細所有乳膠漆指標越好，因為細度高意味著在相同質量分數的情況下分散劑的用量要增大，以及因為其吸油量的增大而導致成膜填料的用量相對減少，即涂料的PVC 降低等，故選擇填料的細度應當適宜。
除了超細加工以外，將礦物粉體材料進行納米尺寸的精細加工更成為目前研究的熱點。已經得到的用于乳膠漆的納米類礦物粉體材料主要有碳酸鈣、膨潤土、海泡石等。但是，納米尺度的礦物粉體材料的作用、性能和添加量等在乳膠漆中的應用已超出原有填料的范圍，而成為新的功能涂料組分。因此，在乳膠漆中選用的礦物粉體品種及性能要結合性價體綜合考慮。
2.3 加強填料作用機理研究
對乳膠漆用礦物粉體材料的選用要結合其要求有針對性的選擇，對要求高遮蓋、手感好、易施工、成本低的配方其填料主選體系為重鈣系列；對要求高遮蓋、高耐候性、成本適中的配方其填料主選體系為具有片狀結構的（高嶺土、云母等）礦物粉體系列，因層片狀結構能在涂膜中平行取向排列，從而使涂膜的抗滲透性提高，耐侯性增強等。
3 礦物粉體材料應用存在的問題
3.1 產品質量不穩定
受資源產地局限，礦物粉體加工企業分散及規模偏小，其質量檢測、控制手段和措施缺失，導致產品質量不穩定。如以不同產地膨潤土為增稠、懸浮劑采用相同的配方時，常因為膨潤土產品中蒙脫石的含量不同而導致涂料粘度產生較大的差異，使涂料的質量受到影響；再如因填料的細度、白度不穩定而導致涂料的貯存穩定性、白度、色差和涂膜手感以及其它物理性能變化較大等，在實際應用中也較為常見，這類問題會直接影響礦物粉體材料的應用。
3.2 精深加工產品少
目前對礦物粉體材料除了進行超細加工以外，其它方面的深加工技術配套工藝仍較為落后，例如采取礦物提純、配礦加工、粉體粒度及形貌控制、接枝改性等工序進行質量控制，使之天然產出礦物成分的波動性能夠可控，加工后的礦物粉體材料能保持穩定的技術指標，這些目標的達到必須與礦物鑒定、選礦提純、粉碎加工、表面處理等學科進行系統配合，才能達到預定的產品質量目標。
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