2018年全球涂料产量为6150万吨,相对应需要的填料超过2000万吨,它们主要包括碳酸钙、重晶石粉、石英粉、滑石粉、高岭土、云母粉、硅灰石、白云石等,这些填料各自有不同的组成结构、化学性能,但都有共同的特点,这些特点是作为涂料填料所必须的:
1.白色或浅色,白度要求一般在90%以上;
2.粒径小,粒度分布窄,易分散,能全面均匀遮盖涂层;
3.要有低的吸油性,吸油值低才能提高涂料的临界颜料体积浓度,节约树脂基材,符合现代高固体分涂料的要求。下图是一些非金属填料的吸油值/(g/100g);
4.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,形成光滑平滑的涂膜;
5.与涂膜其他成分相容性良好又不与其他成分发生化学反应;
6.有适当比表面积、粒子形状和晶体形态。它直接影响涂料的粘度、分散稳定性、折射率等性能。
按照填料在涂料中起的作用,一般把填料分为普通填料、活性填料、功能性填料和特殊填料;根据组成成分,又可以分为碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐及氧化物等。用不同的填料会倾向于不同的效果。有句话形容三个用量最大的填料:碳酸钙增强、滑石粉增韧、硫酸钡增光。这句话很笼统,却巧妙地点出了它们各自的特点。
滑石粉:
滑石粉也叫含水硅酸镁,由滑石矿直接粉碎而成。它具有很好的亲油性,在溶剂型涂料中容易分散且不会形成结块性沉淀,是溶剂型涂料主要填料,但在水性涂料中易引起结块性沉淀所以用量较少,因为它很强的吸油性,在粉末涂料中也不常用。滑石粉基本是纤维状或片状,纤维状耐候性好,但在涂料中流动性差,涂膜平整度也不足;片状滑石粉能提高涂料流平性、涂膜平整性和保光性。它的化学性质极其稳定,能耐900度高温,其缺点在于易粉化,应适量使用。
硫酸钡:
外观是致密的白色粉末,密度为4.5g/cm3,研磨后的重晶石粉被广泛应用于工业底漆,特别是汽车底漆,也用于需要较高光泽的面漆,微细重晶石粉在乳胶漆中可部分取代钛白粉。它的吸油量低,密度大,具有很好的填充性能,有利于光泽并有很好的保光性,极高的化学惰性,耐酸、耐碱、耐光,它在高腐蚀的环境中有很大价值。沉淀硫酸钡相对重晶石粉其粒径更小、价格更高,且易沉降,是高光半光粉末涂料的重要填料。
云母粉:云母粉是一种非金属矿物,含有多种成分,其中49%是SiO2,30%是Al2O3,层状结构,是由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层。一般用于涂料的是白云母,它有良好的弹性、韧性、在油性漆中加入少量的云母粉可防止产生裂纹,在墙用乳胶漆也具有防裂和改进洗刷性的功能。湿磨云母粉另一个重要应用领域是用作钛珠光颜料的载体原料。