顏填料的結構與物性對塗料效能的影響

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針狀顆粒較球形粒子更具有增強、增韌作用、多孔結構的顆粒一般較實心結構的顆粒具有更好的補強攻能等。

顏填料的結構與物性對塗料效能的影響1

1 顏填料的顆粒形態

一般而言，針狀顆粒較球形粒子更具有增強、增韌作用。然而針狀粒子的消光作用遠較球形粒子為甚，同時針狀粒子的分散性亦相對困難，為了保持針狀纖維的增強功能，強剪下的加工過程將是不允許的，因為剪下力越大，針狀粒子越易折斷，這樣會導致增強功能下降。而片狀的顏填料應用於塗料中能明顯提高塗料的緻密性。

多孔結構的顆粒一般較實心結構的顆粒具有更好的補強攻能，但消光作用亦更明顯，這可能與成膜物樹脂被吸附後在顆粒外表面殘留層厚度有關，同樣的基料在多孔粒子表面因孔內吸附樹脂而導致膜厚度下降。軟質的顏填料一般亦因為樹脂容易擴散滲透而出現塗膜光澤較硬質顏填料低。

顏填料的顆粒形態體現在吸油量值方面，即直徑大的針狀顆粒、軟質顏填料、多孔粉體其吸油值大，較難分散，而球形、硬質的顏填料其吸油量相對較低，分散效率高。

從塗膜補強的角度考慮，含硬質粉體、高比表面粉體的塗層耐磨性較好。

2 顏填料的酸鹼性

塗料用樹脂較多呈酸性，鹼性樹脂較少（水性樹脂除外）。所以顏填料的酸鹼性直接影響塗料的加工、貯存穩定性，甚至塗料成膜後的物理化學效能，然而鹼性顏填料在與酸性樹脂反應後大多對塗膜的光澤有些影響。

由於酸鹼反應，塗料的粘度一般都呈明顯增加的趨勢，有的顏填料在酸性稍強的樹脂體系中因粘度增加過大而應用受限，如ZnO、鋅黃等。但這些酸鹼反應後塗膜的效能亦有明顯改變，大多體現在韌性、耐溶劑性，甚至光、熱穩定性等。但鹼性顏填料的存在對鋼鐵等金屬的防腐是有益的。

顏填料的酸鹼性除與顏填料本身的結構有關外，還與粉體中殘留的水溶鹽有關，親水性的水溶鹽的存在不僅使顏填料在塗料出現分散困難，漿料呈現假稠，還導致塗料成膜後的耐水、耐化學品性下降，所以顏填料的後處理階段，水溶鹽的含量應儘可能低。

3 顏填料的含水量

通常情況下，具有極性化學鍵結構的顏填料在空氣中很容易吸附水，特別是空氣溼度大的時候。象碳黑，在高溼度時，含水量甚至可以高達20%左右。顏填料中水分存在對其分散穩定性影響很大。

我們常常發現，每當空氣潮溼時，原先很容易分散的顏填料，其在塗料中的細度卻很難達到要求，即使細度在研磨後達到要求，往往稍經放置即出現返粗，甚至在調漆階段補加溶劑、樹脂時即已出現返粗現象，造成這種現象的根本原因在於顏填料表面吸附的水過多，不僅向顏填料表面擴散吸附過程受阻，而且樹脂與顏填料之間的相互作用受到極大削弱。

此時，塗料廠家採用新增分散劑或補充極性溶劑的方式解決，但補極性溶劑對於象聚氨酯這些對水敏感的塗料是一種禁忌，而分散劑的增加亦意味著塗料製作成本的上升，這些措施在塗料生產過程中都具有侷限性。

因而要減少顏填料表面的水含量，最後從顏填料表面改性，粉體包裝等方面考慮，憎水處理的顏填料表面對水的吸附較弱，而粉體的緻密性包裝亦可改變對水的吸附量。

4 顏填料的表面處理

眾所周知，一般顏填料的表面極性均較高，而成膜聚合物的分子極性均較低，所以為了阻止顏填料對水的吸附，促進顏填料對聚合物的吸附，改善塗膜的強度，很多情況下需要對顏填料進行改性。

然而改性的方法不同，改性劑的結構有異，將直接影響塗料成膜後的各項效能引數值。解決顏填料的分散性很容易，只要對其作親油處理就可很好地在有機塗層中分散，而無機顏填料用無機氧化物包膜可以提高耐候、耐酸鹼、耐溫等效能中的一種或幾種。

但這些處理對顏填料的分散性事實上的影響很小。對於有機塗層而言，塗料中顏填料的細度遠比無機塗層中的顏填料細度要求苛刻，這就要求顏填料不僅原始粒徑需要控制外，還需要進行親油處理，以防止因吸附水而導致的顆粒團聚。

顏填料的表面處理，一般文獻介紹的大多為小分子表面活性劑與鈦酸酯、有機矽、鋁酸酯等偶聯劑及無機矽、鋁、鋯、鈦等包覆，改性劑的用量從0.1%至20%左右不等，很多顏填料在進行無機包覆的同時還進行有機包膜。無機材料的包膜，從一定程度上改善了材料本身在耐候、耐溫、耐化學品性上所表現的優勢已被證實，而有機處理的結果相對比較複雜了。

筆者曾多年進行顏填料的表面處理工作，發現在不考慮顏填料應用時對塗料綜合性能影響的同時，一般有機表面活性劑的表面包覆吸附均能在一定程度上改善粉體在有機塗層中的分散性。然而將粉體應用於塗料中的一個重要目的就在於改善塗料成膜後塗層的某些效能，僅僅只在塗料加工中改善其分散性是遠遠不夠的。

我們曾發現，nm-CaCO3的表面處理劑使用脂肪酸、常見的鈦酸酯、鋁酸酯、有機矽氧烷偶聯劑與各類離子型、非離子型表面活性劑後均能非常顯著地提高塗料加工過程中nm-CaCO3的分散性，然而這些表面處理劑的存在對塗膜的機械效能、耐水、耐化學品甚至耐光性等方面往往是有害的。

筆者認為可能存在兩方面情況——表面處理劑自身對光、熱、化學品等的耐性與表面處理劑、粉體材料、成膜物之間的弱作用力——導致了表面活性劑的引入使部分效能趨於下降。研究中我們還發現帶有部分反應性基團的聚合物處理顏填料與小分子處理劑相比明顯具有貯存穩定、改善效能（如耐水、機械效能等）方面的優勢。這可能源於大分子處理劑自身的'空間位阻與力學強度。

5 光學效能

顏填料的光學效能包括——著色力、消色力（白色顏料）、幹遮蓋、外觀色相等。遮蓋力、著色力或消色力與粉體的粒徑相對應.

對於遮蓋力而言，當粒子的直徑在光波長的一半以上時，隨著粒徑的下降，顏填料的遮蓋力包括混遮蓋力均得到提高；當粒子的直徑小於光波長的一半時，粒子越細，遮蓋力越低。而就著色顏料的著色力或消色力來說，色彩本身來源於顏料對光的吸收。雖然對光的吸收強度與粒子直徑存在一定的關係，但主要取決於物質自身的組成、結構。當然著色力或消色力還與粉體顆粒的形狀、粒度分佈等相關聯。

著色顏料的外觀色相同樣與顆粒的粒徑相關聯，隨著粒徑的減少，粉體將從紅、黃色調向藍、紫色調轉移。

現代塗料對外觀要求越來越苛刻，除一些知名色以外，普遍在追求新奇、豔麗色彩。因而我們在顏料的製備過程中，對於光譜項上不同吸收帶的顏料組成不要輕易捨去，有些十分複雜的塗膜外觀色調說不定就是你們曾經淘汰過的樣品。

塗料的顏色隨意性很大，大多數都是根據某些人的感覺作出的判斷，文化背景的不同造就了人對色彩感覺的迥異，因而我們在保持傳統顏料色相穩定的同時，應力求完善顏料家族中的光譜系，顏料廠商在推銷自己產品的時候，應儘可能讓技術人員走向前臺，讓自己瞭解市場到底需要什麼，如何向客戶介紹自己的產品。事實上我們合成的每一種色調在塗料市場上都有自己合適的位置。

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什麼是填料塔？

填料塔是塔裝置的一種。塔內填充適當高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。例如應用於氣體吸收時，液體由塔的上部通過分佈器進入，沿填料表面下降。氣體則由塔的.下部通過填料孔隙逆流而上，與液體密切接觸而相互作用。結構較簡單，檢修較方便。廣泛應用於氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。

填料塔的結構

塔體為一圓筒，筒內堆放一定高度的填料。操作時，液體自塔上部進入，通過液體分佈器均勻噴灑於塔截面上，在填料表面呈膜狀流下。填充高度較高的填料塔可將填料分層，各層填料之間設定液體再分佈器，收集上層流下的液體，並將液體重新均佈於塔截面。氣體自塔下部進入，通過填料層中的空隙由塔頂排出。離開填料層的氣體可能夾帶少量液沫，必要時可在塔頂安裝除沫器。

◆填料層：提供氣液接觸的場所。

◆液體分佈器：均勻分佈液體，以避免發生溝流現象。

◆液體再分佈器：避免壁流現象發生。

◆支撐板：支撐填料層，使氣體均勻分佈。

◆除沫器：防止塔頂氣體出口處夾帶液體。