1、粒徑及分布
填料的粒徑以及分布能夠對涂料的性能產生直接的影響,并影響最終產品的質量。因此,高效準確地測定填料樣品的粒徑及分布,對生產和技術研發都具有重要的指導意義。
礦物粒徑測定常用的方法有 篩分法、沉降法、光散射法以及顯微鏡法。對于層狀填料,篩分法的數值通常介于光散射法和沉降法之間,且產品越趨于層狀,那么光散射法和沉降法的差別越大。
相比粒徑大小,填料的粒徑分布寬度更加能夠反映填料粒子的性能。填料的粒徑通常D 98 和D 50 來表示,但越細的填料并不意味著會有更好的性能。粒徑分布寬度指數(SF=D 50 /D 20 )也非常重要。當SF小于2時,表示粒徑分布寬度較窄。
研究表明: 分布較窄的碳酸鈣有利于提高乳膠漆涂膜的保光性、遮蓋力,應用于防腐底漆中可以縮短涂膜的干燥時間,從而降低干燥過程中閃銹的風險。
2、硬度
硬度是礦物填料的一項重要的物理指標,直接影響著最終涂膜的機械性能。在眾多礦物填料中,硬度最高的填料為 二氧化硅,尤其是石英狀的結晶形二氧化硅,可以達到7左右。
高硬度的填料可以提高涂膜的硬度、耐磨性以及抗刮擦性。 長石粉及 硅灰石硬度略小于二氧化硅,可以對二氧化硅進行合理的取代。相反地, 滑石粉和 高嶺土的硬度較低,賦予涂膜較好的打磨性。
3、吸油值
在實際應用中,大多數填料用吸油值這個指標來大致預測填料對樹脂的需求量。填料的吸油值反映了其很多物理性質的組合效應,如粒子形狀、粒徑分布以及比表面積。通過表面改性,可以調整填料的吸油值。
此外,涂料中一項重要的參數也與吸油值密切相關,即臨界顏料體積濃度(CPVC)。在CPVC附近,涂料的性質會發生急劇的變化,因此也經常作為配方設計的參考值。吸油值越高,CPVC越低。
但無論何種體系,吸油值都是影響涂料CPVC的重要因素,因此也對涂膜的性能產生直接的影響。
4、長徑比
填料可用3種基本的形狀來表述:
- 塊狀 填料如碳酸鈣、長石粉和霞長石;
- 層狀 填料如滑石粉、云母粉和高嶺土;
- 針狀 填料如硅灰石。
小粒徑和高比表面積的填料有助于提高涂膜的耐久性,但同時也增加了樹脂的用量,并且降低了CPVC水平,因此這類填料的用量受到了限制。
涂膜的強化和樹脂的用量平衡可以通過填料的組合來控制。例如,硅灰石可以作為層狀硅酸鹽的替代物,因為其針狀結構相對低的比表面積,在高用量的同時,仍然能夠提供很好的機械性能。
高長徑比的粒子趨向于以堆積的方式聚集,產生更多的間隙,因此選擇較寬的粒子分布的針狀或者層狀高長徑比填料可以填補這些間隙,取代樹脂,從而提高CPVC,且無需犧牲涂膜的機械強度。
而對于粒子分布較窄的高長徑比填料,可以搭配較細粒徑的塊狀填料,如碳酸鈣等,也能達到同樣的目的。