绢云母粉在涂料中的功能机理及应用

发布于：2006/9/11 13:39:40 | 758 次阅读

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    本文简述了绢云母粉在涂料中的应用特点，并就绢云母粉应用于涂料中能增强涂膜耐候性，提高涂膜强度和抗水性的功能机理做了简要的理论分析及应用实验。
   一：绢云母粉的矿物特性
    绢云母粉属云母类矿物，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（ＯＨˉ）位于两层六面网的中央，构成活性结晶水基团（见图1）。（001）解离完全，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，绢云母粉兼具云母类矿物和粘土类矿物的多种特点，其应用于涂料中，可以大大提高涂膜的耐候性、抗透水性、增强涂膜与基质附着力和涂膜强度，改善涂膜的表观。同时染料粒子易进入绢云母粉的晶格层间，从而保持颜色长久不褪色。此外绢云母粉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价格性能比优异的多功能填料。
    绢云母粉是选择高品位、高白度的优质云母矿产资源而制作的一种原料，通过湿法分级提纯等工艺而制得，绢云母粉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，具体性能差异如下：生产工艺干法粗磨、湿法超细，其绢云母粉含量含量40～60％、湿法生产的含量75～95％，粒度干法工艺生产的为125～25μ、湿法生产的为30～5μ，干法工艺生产的白度为65～72、湿法生产的为75～85，干法工艺生产的悬浮性差、易沉淀、湿法生产的好、附着力强。
    二：绢云母粉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的同一配方的建筑涂料，进行人工耐老化的检测，检测结果如下：未添加绢云母粉的涂料在250小时后开始变色、粉化。添加5％绢云母粉的涂料在1000小时开始变色，未粉化。
备注：实验品种为同一颜基比、同一涂料配方
    实验检测结果表明，在建筑涂料中添加绢云母粉，能使涂料的耐候性指标大幅度提高。其机理是绢云母粉具有极强的消光屏蔽功能，可以反射近90％的紫外线，而绢云母粉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.卡茨等认为：无机填料的消光性能决定于矿物晶体的取向不同，决定于其吸收或反射紫外线的能力。绢云母粉矿物结构属单斜晶体系，有三个结晶轴Ａ、Ｂ、Ｃ（见图2），Ａ轴与Ｃ轴之间的夹角为93°，Ｂ轴垂直于Ａ轴和Ｃ轴。绢云母粉有三个主折射率：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2中心）：由Ｎｇ－Ｎｐ面（直立），Ｎｍ－Ｎｇ（水平面）Ｎｍ－Ｎｐ纵切面三个椭圆切面组成，Ｎｇ－Ｎｐ椭圆切面有两个光轴，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。所以绢云母粉矿物屏蔽紫外线，微波的作用要好于白云母，比其它无机填料更优越。
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。而片状绢云母粉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
    绢云母粉晶体中含有结晶水，比白云母高2％，结晶水的折光率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，绢云母粉结构中层与层之间间距约为10ｍｍ，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Ｎｇ′Ｎｐ′相重合在一个偏振面上，偏振光能量逐次衰减至零时，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粉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，另外绢云母粉具有活性羟基基团，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。
    三：绢云母粉在涂料中的应用
　　（一）：抗屏蔽性能应用
　　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，使用期限在一年左右，漆膜即失光老化并开始龟裂，但在加入5～8％的绢云母粉后，漆膜可保持3年基本无变化（颜色略发暗）。具体实验检测结果如下：C04-2铝粉漆未加绢云母粉，光泽是85%，4个月开始失光、变暗，光泽55%，11个月开始出现部分裂痕，光泽降为28%。C04-2铝粉漆如果添加6%，光泽80%、6个月开始轻微失光，光泽70%，20个月失光，光泽下降为50%
    （二）：抗透水性应用
    绢云母粉对于耐水要求较高的涂料体系，能显著提高其耐水性能。实验结果见如下：铁红在没有添加绢云母粉30小时开始起泡，如果添加5%绢云母粉200小时后也无变化
    在一些工程中用氧化锌：绢云母粉＝0.5：1的比例按8％左右的比例加入，同时减少沉淀硫酸钡、滑石粉的部分用量，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粉，其具体使用方法是：磷酸锌（磷酸铝）：氧化锌：绢云母粉＝1：0.25：1.25，效果显著。
    另外目前在普通涂料中，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，但如果使用有机膨润土的量太大，严重影响漆膜的致密性，使耐水性变差，而使用量过小又达不到防沉淀效果，如果用绢云母粉取代有机膨润土，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。
    四：总结
    绢云母粉作为一种新开发的非金属矿品种，国外早在80年代就将其作为功能性填料而广泛应用于各类涂料中，而在国内由于非金属矿的开发应用起步较晚，绢云母粉的应用受到加工技术、应用技术的制约，尤其是干法加工的绢云母粉产品其片状结构受到破坏，同时无法剔除与云母相伴生成的石英等杂质，影响了绢云母粉在涂料中的应用功能的发挥。滁州格锐矿业有限公司在美国ＭＩ矿物公司的技术支持下，在国内家采用湿法选矿超细精加工生产的格锐湿法超细绢云母粉，产品一上市即被杜邦华佳、广东华润等600多家企业采用，产品广泛应用与各类防腐涂料、建筑涂料、粉末涂料及其它多类功能涂料中。随着涂料工业的发展和产品理念的提升，绢云母粉将越来越受到重视而被广泛应用。我认为绢云母粉在涂料生产当中的应用和添加量的提高，是绢云母粉将来在涂料应用中的发展方向。

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