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體質(zhì)顏料在粉末涂料中的應(yīng)用及進(jìn)展
粉末涂料由成膜體系(基料)、著色體系(著色劑)與添加劑(或稱助劑)三大體系組成的產(chǎn)品配方體系，成膜體系為粉末涂料提供基礎(chǔ)性能，著色體系為其提供色彩性能、保護(hù)或附加功能，添加劑用來改善或提高粉末涂料某一方面性能。其中著色體系通常采用的是顏料，極少數(shù)特殊性產(chǎn)品采用染料，而體質(zhì)顏料屬于顏料中重要的無著色功能的顏料品種。

1、從生成方式或制造工藝劃分
體質(zhì)顏料包括許多種類，從生成方式劃可分為天然的與化學(xué)合成兩大類(見圖1)。天然體質(zhì)顏料又叫重質(zhì)體質(zhì)顏料，是采用機(jī)械方法(用雷蒙磨或其它高壓磨)直接將天然的礦物進(jìn)行微粉化，再分級(jí)得到的產(chǎn)品。如普通高光碳酸鈣鈣(或超細(xì)碳酸鈣)、消光碳酸鈣，普通高光硫酸鋇(或超細(xì)細(xì)硫酸鋇)、消光硫酸鋇，滑石粉、絹云母等均為重質(zhì)體質(zhì)顏料。

采用化學(xué)方法合成得到的體質(zhì)顏料相應(yīng)地稱為輕質(zhì)體質(zhì)顏料，因?yàn)橹圃旃に嚧蠖酁槌恋矸?，故又稱為沉淀體質(zhì)顏料。常見的沉淀硫酸鋇、輕質(zhì)碳酸鈣等為化學(xué)合成的體質(zhì)顏料。通常來講人工合成的體質(zhì)顏料比天燃研磨的體質(zhì)顏料粒度細(xì)、純度高，通常用于要求較高的場(chǎng)合。

鈣化合物。主要是天然與人造碳酸鈣，化學(xué)成分是CaCO3。天然品為重質(zhì)碳酸鈣，又稱大白粉、石粉、白堊等，均系石灰石粉末。其制品質(zhì)地粗糙，密度大易沉淀。人工合成產(chǎn)品稱為沉淀碳酸鈣，也稱輕質(zhì)碳酸鈣。其質(zhì)地純、粒度小、體質(zhì)輕。碳酸鈣吸油量高，特是化學(xué)合成的氫質(zhì)碳酸鈣粒形不規(guī)則、孔隙率高，不利于在粉末涂料基料中進(jìn)行分散，因此對(duì)于特殊無法采用沉淀硫酸鋇的高光粉末涂料產(chǎn)品建議采用活性碳酸鈣，普通高光或低光產(chǎn)品采用與天然硫酸鋇搭配方式使用。普通天然超細(xì)高光鈣可用于標(biāo)準(zhǔn)光澤粉末涂料產(chǎn)品，普通消光鈣(粒度較粗)和輕鈣可用于低光澤產(chǎn)品或砂紋、錘紋產(chǎn)品。碳酸鈣存在微量堿性不宜與不耐堿顏料鉻黃、鐵藍(lán)等合用。在對(duì)于羥基聚酯/氨基樹脂皺紋(四甲氧甲基甘脲，商品名為PowderLink 1174)產(chǎn)品體系中，由于配方中采用了胺封閉磺酸催化劑(如AC32-18A、本網(wǎng)推薦的WL系列胺封閉磺酸催劑等)，碳酸鈣的堿性會(huì)大大降低磺酸催化劑的活性甚至失效，故無法得到皺紋效果。但是在環(huán)氧類粉末涂料消光產(chǎn)品(化學(xué)消光)中，碳酸鈣的堿性卻有助于產(chǎn)品降低。
鎂化合物。常用的有滑石粉，其次是沉淀碳酸鎂等?；鄣幕瘜W(xué)組成是3MgO?4SiO2?H2O，是天然存在的層狀或纖維狀無機(jī)礦物。密度2.65g/cm3，吸油量20%~40%。能提高涂膜的柔韌性、硬度及黏度等，降低透水性。粒度為1250目的滑石粉在粉末涂料中主要用作砂紋產(chǎn)品的砂紋劑(主要成分是高熔點(diǎn)蠟)的輔助性填充劑(常被簡(jiǎn)稱砂紋助劑)。
復(fù)合無機(jī)體質(zhì)顏料。復(fù)合無機(jī)體質(zhì)顏料是指兩種以上無機(jī)物組成的化學(xué)成分復(fù)雜的無機(jī)體質(zhì)顏料。復(fù)合無機(jī)體質(zhì)顏料按其形成方式可分為天然復(fù)合無機(jī)體質(zhì)顏料和人工復(fù)合無機(jī)體質(zhì)顏料。現(xiàn)代新型粉末涂料產(chǎn)品不僅要求非金屬礦物體質(zhì)顏料具有增量和降低材料成本的基本功能，更重要的是能夠填充材料的性能或具有補(bǔ)強(qiáng)和增強(qiáng)的功能。粒徑微細(xì)化、化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、表面活化被認(rèn)為是提高無機(jī)體質(zhì)顏料的填充增強(qiáng)和其他性能的主要技術(shù)途徑。由于不同類型無機(jī)體質(zhì)顏料的顆粒形狀、化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)的不同，其對(duì)填充高聚物基復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、電學(xué)性能及加工性能等的影響也不同，將兩種以上無機(jī)體質(zhì)顏料進(jìn)行復(fù)合和表面改性，使體質(zhì)顏料體系的體相結(jié)構(gòu)復(fù)雜化和表面活化，在填充時(shí)取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互配合，可實(shí)現(xiàn)無機(jī)體質(zhì)顏料填充性能的優(yōu)化。由于人工復(fù)合無機(jī)體質(zhì)顏料具有設(shè)計(jì)或調(diào)節(jié)體質(zhì)顏料化學(xué)組成、顆粒形狀及晶體結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，能夠更好地滿足復(fù)合材料高強(qiáng)度和高性能的要求，因而是未來無機(jī)體質(zhì)顏料主要的發(fā)展方向之一?？傊w質(zhì)顏料的化學(xué)成分決定了其基本的物化性能，不同的產(chǎn)品應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn)選擇相應(yīng)的體質(zhì)顏料，如硅酸鋁的化學(xué)惰性，使其成為超耐候粉末涂料的首選。但其的吸油量與分散性又限制了其在耐候性粉末涂料的用量。
用于粉末涂料的體質(zhì)顏料，其粉體粒粒通常在0.1~20μm之間，在
粉末涂料中主要起著填充補(bǔ)強(qiáng)作用，所以通常被稱為填充料。然而隨體質(zhì)顏料平均粒度的不同，其物理性能也會(huì)隨之改變，如對(duì)光的折射散射力、吸油量等。通常，粉粒徑越小，折光指數(shù)越低。如著色顏料級(jí)金紅石型鈦白粉折光指數(shù)(折射率)為2.76，聚合物的折射率約1.48，體質(zhì)顏料的折射率為1.4~1.7，相比而言著色級(jí)白色顏料二氧化鈦的白折射率與聚合物基料相差較大，因此在粉末涂料產(chǎn)品中作為白色顏料使用。一旦將其粒徑做到納米級(jí)，其折光率與聚和物的非常接近，這意味著納米二氧化鈦已喪失了做白色顏料的著色功能。常規(guī)粉末涂料通常粒徑分布在10~90μm范圍之內(nèi)，最佳平均粒徑介于30~45μm之間，小于10μm稱為超細(xì)粉，大于90μm稱為粗粉，普通粉末涂層設(shè)計(jì)厚度在60~80μm。最新發(fā)展起來的薄涂層粉末涂料，通常粉末粒徑分布于10~30μm范圍之內(nèi)，其平均粒徑在15~25μm之間，涂層厚度設(shè)計(jì)在20~30μm。在粉末涂料中，從與高聚物分子的作用來說，體質(zhì)顏料粒徑越小越好，因?yàn)轶w質(zhì)顏料粒徑越小，則其增強(qiáng)作用越大。但粒徑過小，在目前加工技術(shù)條件下，體質(zhì)顏料的加工和分散較困難，因此，一般體質(zhì)顏料的粒徑控制在0.1~20μm內(nèi)為好。當(dāng)小于0.1μm之后，體質(zhì)顏料將隨粒徑變小，表現(xiàn)出較強(qiáng)的補(bǔ)強(qiáng)作用，明顯改善更提升粉末涂料某些性能。如硬度、耐磨性、柔韌性、耐候性、耐化學(xué)性、耐沾污性、抗菌性等等。這時(shí)的體質(zhì)顏料已是納米級(jí)材料，粒徑是影響體質(zhì)顏料在粉末涂料中應(yīng)用性能的一個(gè)重要因素。粒徑介于0.1~100nm的粉體材料，即小于0.1μm的體質(zhì)顏料已歸屬于納米材料。納米材料(Nano Material)是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(0.1-100nm)或由他們作為基本單元構(gòu)成的具有小尺寸效應(yīng)的零維、一維、二維、三維材料的總稱。納米材料是指由納米顆粒(nanoparticle)組成，納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料。特征維度尺寸在納米量級(jí)(1~100nm)的固態(tài)材料，具有尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大等四大特點(diǎn)。納米材料是一種介于原子、分子與宏觀物體之間處于中間物態(tài)的固體顆粒材料,即處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域。從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，該系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，即具有一系列新的特點(diǎn)。
納米材料和宏觀材料迥然不同，具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性。納米材料會(huì)表現(xiàn)出特異的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、化學(xué)等性能，往往不同于該物質(zhì)在整體(大塊固體)狀態(tài)時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)。納米材料如原本導(dǎo)電的銅到某一納米級(jí)界限就不導(dǎo)電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級(jí)界限開始導(dǎo)電。納米材料由于極細(xì)的晶粒，大量處于晶界和晶粒內(nèi)缺陷的中心原子以及其本身具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等四大特殊效應(yīng)，納米材料與同組成的微米晶體(體相)材料相比，在催化、光學(xué)、磁性、力學(xué)等方面具有許多奇異的性能。因而成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。將納米材料用于涂料中，這些特殊功能改變了涂料的固有特性，使其某些性能有極大提高。目前，已開發(fā)出了許多應(yīng)用粉末涂料的納米材料，如納米硫酸鋇、納米碳酸鈣、納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鋁、氣相納米氧化鋁、氣相鈉米二氧化硅(又稱白炭黑)等。納米材料與微米級(jí)材料表現(xiàn)出明顯的補(bǔ)強(qiáng)作用，不再簡(jiǎn)單地做填充料降成本使用。像納米二氧化鈦、納米氧化鋅等均具有殺菌消毒與吸收紫外線功能。氣相氧化鋁和氣相二氧化硅是用于粉末涂料后混的性能優(yōu)異的氣霧分散劑，用量?jī)H為0.1%~0.3%即大大增強(qiáng)粉末涂料顆粒的流化性分散性能。
從體質(zhì)顏料粒形及晶體結(jié)構(gòu)上劃分
體質(zhì)顏料顆粒形狀。體質(zhì)顏料供應(yīng)的粒子大小范圍從0.01到44μm有不同的形狀，包括球狀、纖維狀(或針狀)和片狀等，不同形狀的體質(zhì)顏料在各種聚合物中表現(xiàn)出不同的作用效果。粒子形狀影響顏料的堆積、涂膜的柔軟性、開裂彌補(bǔ)等，粒子尺寸和粒子尺寸分布影響遮蓋力、粘度、涂膜孔隙率、基料和表面活性劑的需求量、光澤、細(xì)度等。體質(zhì)顏料是否與基料起反應(yīng)關(guān)系到鹽水噴霧，起泡，抗腐蝕和開裂。一般來說，纖維狀、薄片狀的體質(zhì)顏料有助于提高制品的機(jī)械強(qiáng)度，但不利于成型加工。反之，球狀體質(zhì)顏料可以改善制品的成型加工性能，但卻可能使機(jī)械強(qiáng)度下降。體質(zhì)顏料是通過磨碎礦石或分裂石頭的形狀，或通過化學(xué)沉淀并根據(jù)需要再精制和尺寸分級(jí)過程來制造。它們的尺寸分離是采用濕法或干法過篩、浮選、離心分離等手段。原料的來源及處理過程將影響顏料的性能。