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格锐绢云母在涂料中的功能机理及应用

浏览次数: 日期:2006年7月3日 14:26

文 摘:简述了绢云母在涂料中的应用特点,并就绢云母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理论分析及应用实验。
关键词:涂料 绢云母 云母 屏蔽效应

一:绢云母的矿物特性
  绢云母属云母类矿物,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}解理完全,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,对紫外线具有极佳的屏蔽作用,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的晶格层间,从而保持颜色长久不褪色。另外绢云母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极优的多功能填料。
  格锐绢云母是利用安徽滁州当地的优质绢云母矿产资源,选择高品位、高白度的优质原料,通过湿法分级提纯等工艺而制得,绢云母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,因此格锐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,具体性能差异见下表
格锐湿法绢云母粉与干法工艺绢云母粉比较表

 

 
产 品
 
指 标
干法工艺生产的绢云母粉
格锐湿法绢云母粉
生产工艺
干法粗磨
湿法提纯超细
绢云母含量
40-60%
75-95%
粒 度
100-600目(125-25u)
425-2500目(30-5u)
白 度
65-72
75-85
悬浮性
差、易沉淀
好、附着力强
产品品质
片状结构、晶体状态、光泽受到破坏
片状结构、晶体状态、光泽保持良好

二:格锐绢云母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,检测结果见下表
涂料人工耐老化性检测数据表

 

实验品种
时间
变色
粉化
测试方法
未添加绢云母的涂料
250h
2
1
GB/T1865
添加 2%绢云母的涂料
250h
2
0
GB/T1865
添加 5%绢云母的涂料
1000h
1
0
GB/T1865

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,能使涂料的耐候性指标大幅度提高。其机理是绢云母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,绢云母结构中层与层之间间距约为10Å,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,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:格锐绢云母与其它无机填料应用之比较
格锐绢云母与其它无机填料应用之比较表

 

 
填料
轻钙粉
滑石粉
高岭土
硅灰石
绢云母
 
矿物主
要性能
 
 
形状
粒状
粒状 片状
粒状 片状
针状
片状
比重 g/cm 3
2.65
2.6
2.62
2.61
2.62
白度
90-95
90-97
80-90
81-90
75-85
耐酸碱
 
 
 
 
在涂料
中功能
遮盖力
一般
涂膜强度
一般
一般
悬浮性
一般
抗透水性
抗老化性
较好
 
价格
中高

四:格锐绢云母在涂料中的应用
(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%的绢云母后,漆膜可保持三年基本无变化(颜色略发暗)。具体实验检测结果如下表:
醇酸铝粉漆光泽实验及检测结果

 

实验品种
加入方式
结果
 
C06-1铁红
未加
30小时开始起泡
添加 5%绢云母粉
50小时无变化
 
H06-2铁红
未加
96小时开始起泡
添加 5%绢云母粉
200小时无变化

   在一些工程类底漆中(如双组份环氧底漆、聚氨酯底漆),用氧化锌:绢云母 =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,其具体使用方法是:磷酸锌<磷酸铝>:氧化锌:绢云母=1:0.25:1.25,效果显著。
  另外目前在普通油漆中,为了防沉淀各生产厂家大量使用有机彭润土来改善涂料的沉淀性,但使用有机彭润土的量太大,严重影响漆膜的致密性,使耐水性变差,使用量过小又达不到防沉淀效果,如果用绢云母取代有机彭润土,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,而无需像有机彭润土使用前需制备预凝胶,简化了涂料生产工艺。
五:总结
  绢云母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产品其片状结构受到破坏,同时无法剔除与云母相伴生的石英等杂质,影响了绢云母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,在国内第一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,绢云母将越来越受到重视而被广泛选用。以上通过理论分析和应用实验介绍了绢云母在涂料中应用的功能作用同时参考了国内外的一些文献资料,谨供各位同仁参考指正。
参考文献:
1.《绢云母对建筑涂料改性的研究》 《涂料技术》 97.No1
2.《高纵横比绢云母增强剂、屏蔽紫外线功能的机理研究》《塑料》 95.No6
3.《非金属矿产手册》
4.《岩矿分析手册》
5.《现代涂料工艺新技术》 中国轻工出版社,2000年第一版
论文发表于:《南方涂饰》、《联合涂料》、《中国涂装》三刊
作者联系:吕化奇 滁州格锐矿业有限责任公司 0550-3971588
     王新春 滁州格锐矿业有限责任公司 0550-3971588

所属类别 技术论文