填充劑及顏料體積濃度PVC計(jì)算

1、、體質(zhì)顏料概述在涂料配方設(shè)計(jì)中，體質(zhì)顏料通常被當(dāng)作低成本的原料添加到涂料中，以提高涂料的固含量，所以當(dāng)顏料以重量出售時(shí)常加入重晶石。 而隨著涂料技術(shù)的發(fā)展， 體質(zhì)顏料除了作為填料降低涂料成本外， 還可提高涂料各方面的性能， 如光澤、遮蓋力、流動(dòng)性、流平性、耐久性、膜牢固性、透氣性和流變性等。若在配方設(shè)計(jì)中仔細(xì)選擇，體質(zhì)顏料可具有以下作用：(1)可以更有效地提高鈦白粉的遮蓋力；(2)可以增加涂料固含量，降低涂料的 VOCM;(3)可以控制涂料的光澤；(4)可以提高涂料的耐擦洗性；(5)可以提高涂料的耐沉降性；(6)可以調(diào)節(jié)涂料的粘度；(7)可以提高涂膜的拉伸強(qiáng)度；(8)可以提高涂料的耐磨性和防滑

2、性；9)當(dāng) PVCCPVC 時(shí)，力口入體質(zhì)顏料，可以提高涂膜的干遮蓋力；(10)體質(zhì)顏料可以用作涂料的補(bǔ)強(qiáng)劑和增量劑；(11)可以提高涂料內(nèi)部的附著力；(12)可以提高涂料的耐沾污性的耐腐蝕性；(13)體質(zhì)顏料可以作為控制涂料 pH 值的緩沖劑；(14)可以提高涂料的手感；(15)可以提高涂料的濕態(tài)硬度和干態(tài)硬度。體質(zhì)顏料最早用于涂料配方中是為了增加涂料體積和降低涂料成本，隨著顏料精制技術(shù)的發(fā)展，體質(zhì)顏料經(jīng)過改性和精制，就具有許多重要的特性。比起化學(xué)特性而言，物理特性對(duì)涂料中體質(zhì)料的影響更大，如粒徑和粒子形狀、吸油量、密度和表面處理或燃燒的效果。體質(zhì)顏料的粒徑可以從小于 0.1“m 到超過 3

3、,000gm,但通常用到的體質(zhì)顏料粒徑均在0.220“m 內(nèi)。超細(xì)體質(zhì)顏料有較高的表面積，吸油量也非常高。而相反地，粗的體質(zhì)顏料(20gm)對(duì)涂膜光滑度的效果正好相反。由于“窗口效應(yīng)”，粗的體質(zhì)顏料遮蓋力也較低，但它在錘紋涂料和防滑涂料中具有重要作用。體質(zhì)顏料的粒子形狀變化也較大，從小晶核形到無定形聚合物，從針狀到棒狀、層狀粒子。經(jīng)燃燒的體質(zhì)顏料在涂料中使用，由于其不容易被基料潤濕，可能造成涂膜表面裂紋很多，產(chǎn)生散光性，從而提高了涂膜的干遮蓋力。仔細(xì)選擇適合的體質(zhì)顏料混合物，會(huì)影響涂膜的填充性，提高涂膜強(qiáng)度、耐擦洗性和耐久性。除粒徑和形狀外，應(yīng)正確選擇體質(zhì)顏料的吸油量。吸油量越高，涂料的 CP

4、VCK 低。因?yàn)橐泽w積計(jì)算時(shí)，體質(zhì)顏料比鈦白粉或基料便宜，在成本較低的配方中應(yīng)盡量選擇較高的涂料 CPVC 同樣，若涂料按體積出售，就應(yīng)盡量用密度較小的體質(zhì)顏料。這就是為什么中等粒徑碳酸鈣之類的低成本、低密度和低吸油量體質(zhì)顏料大受歡迎的原因。碳酸鈣體質(zhì)顏料用于低成本內(nèi)墻涂料中時(shí)需要與其它體質(zhì)顏料如瓷土、滑石粉或云母粉一起使用，以提高涂料的堅(jiān)硬性和耐久性。需提出的是，重晶石體質(zhì)顏料由于具有很高的密度、最低的吸油量，常用于有光醇酸涂料、底涂和二涂中，以提高固體體積，而對(duì)涂料光澤和涂膜空隙率基本無影響。片狀體質(zhì)顏料，如瓷土或云母，在涂膜中具有補(bǔ)強(qiáng)作用，可以提高內(nèi)墻涂料的耐擦洗性，提高外墻涂料的耐候性

5、。瓷土，特別是燃燒后的瓷土，具有不透光性，可得到柔軟的涂膜，涂料的抗流掛性好?；郾却赏辆哂懈玫哪筒料葱?，瓷土和滑石粉常同時(shí)用于平光乳膠漆中，而微細(xì)白云石可使外墻涂料手感滑爽。對(duì)于錘紋外墻涂料，碳酸鈣和微細(xì)白云石與石英粉和云母粉一起使用可大大提高涂料的耐久性。如何選擇體質(zhì)顏料沒有絕對(duì)的原則，主要取決于當(dāng)?shù)刭Y源、相應(yīng)價(jià)格、涂料所需顏色、以及當(dāng)用體質(zhì)顏料而非助劑來控制涂料流變性時(shí)的范圍。然而，對(duì)于一個(gè)特定的涂料配方體系，正確地使用混合體質(zhì)顏料將會(huì)影響液體涂料和干涂膜的特性平衡。對(duì)于一個(gè)好的涂料配方，體質(zhì)顏料不再作為低成本添加劑，而是非常重要的組成部分。高吸油量的體質(zhì)顏料，如超細(xì)二氧化硅，可以作

6、為消光劑使用，因?yàn)橹恍枰倭康亩趸杓纯纱蟠蠼档屯苛系墓鉂?。在涂料配方中，?yīng)盡量避免使用這種體質(zhì)顏料，因?yàn)樗鼈兒苋菀捉档屯苛系?CPVCF 口流動(dòng)性。從降低涂料成本考慮，可以使用球形體質(zhì)顏料替代部分二氧化鈦，為達(dá)到所需亮度，可采用低吸油量的球形體質(zhì)顏料，某些平均粒徑為 0.8“m 的碳酸鈣可滿足此要求。二、體質(zhì)顏料的分類因?yàn)榇蠖鄶?shù)基料的折射率都小于 1.7,因此在 CPVC 以下使用時(shí)，體質(zhì)顏料幾乎沒有遮蓋力。干膜遮蓋力主要取決于鈦白粉的量。當(dāng)涂配方體系的 PVCCPVC 寸，干遮蓋力的作用增強(qiáng)，在干膜中，涂料中含有的空氣可以形成微泡留在涂膜中，此時(shí)遮蓋力大小取決于鈦白粉的用量和涂膜中的空氣

7、一般來說，若體質(zhì)顏料的折射率大于 1.7,就可以稱為顏料；而一般體質(zhì)顏料的折射率都小于 1.60,因此主要起填充作用。體質(zhì)顏料主要是一些天然的礦石，它們經(jīng)過自然沉降過程轉(zhuǎn)化為有用的形式，再經(jīng)過二次分離、破碎成細(xì)粉。人工合成的體質(zhì)顏料有沉淀碳酸鹽、沉淀硫酸鹽、沉淀二氧化硅、燃燒二氧化硅以及硅酸鹽，它們都具有光學(xué)亮度。合成纖維除作為體質(zhì)顏料外，還可以用作補(bǔ)強(qiáng)劑。四、常用體質(zhì)顏料的選擇 1.重晶石重晶石是天然形成的白色鹽，為中性體質(zhì)顏料，合成的 BaSO 艙徑比天然重晶石小。重晶石的相對(duì)密度為4.6,不透過 X-射線，具有耐旋光性和耐腐蝕性，它的吸油量低，能和任何基料及顏料共享，可使涂膜堅(jiān)硬，不透紫

8、外線。與少量氧化鋅合用時(shí)，能提高涂膜的耐磨性。常用于膩?zhàn)?、底漆、防銹漆、耐酸漆、地板漆中。2 .偏硅酸鈣（硅灰石）偏硅酸鈣是一種針狀的體質(zhì)顏料，密度為 2.9g/cm3,折射率為 1.63,有耐旋光性和耐腐蝕性。合成的硅酸鈣有不同等級(jí)，它們的密度均為 2.3g/cm3,折射率為 1.5。3 .硫酸鈣硫酸鈣俗稱石膏粉，化學(xué)成分為 CaSO4H20 一般由石膏巖粉碎制彳 I。生石膏密度為 2.4g/cm3,它的吸水性及吸油量大，僅用于配制油灰、填膩中，用量多時(shí)易使膩?zhàn)育斄?、脫落。合成?CaSO 何以控制粒徑大小，由石灰乳和硫酸反應(yīng)制得，無水石膏的密度為 2.9g/cm3。4 .碳酸鈣（白堊）碳酸

9、鈣化學(xué)成分為 CaCO3 用作體質(zhì)顏料的碳酸鈣有天然與人造兩種，前者稱為重質(zhì)碳酸鈣，后者稱為輕質(zhì)碳酸鈣。重質(zhì)碳酸鈣又稱石料、大白粉、白堊等，均系石灰石的粉末。將石灰?guī)r粉碎，再在圓輻碾或球磨機(jī)中加水研磨成粉末，用水漂洗，選取細(xì)粉，干燥即得水磨石粉，俗稱老粉。重質(zhì)碳酸鈣質(zhì)地較粗糙，密度較大，主要用于厚漆及膩?zhàn)拥取］p質(zhì)碳酸鈣顆粒細(xì)，在水性涂料中著色力和遮蓋力都較重質(zhì)碳酸鈣好，其它性能與天然產(chǎn)品相同。輕質(zhì)碳酸鈣的密度為4.5g/cm3,不溶于水，但當(dāng)水中含有碳酸氣時(shí)，能微溶，見酸即溶，見水易吸潮，有微堿性，不宜與耐堿性顏料共同使用，多用在平光涂料和水性涂料中，在有光涂料中少量使用，可改進(jìn)懸浮性、中和基

10、料的酸性并改進(jìn)涂料的平滑性。輕質(zhì) CaCO 駐涂料中使用的主要有幾不品種， 如普通沉淀 CaCO3 微細(xì) CaCO3 超細(xì) CaCO 麗活性 CaCO3 經(jīng)過表面處理的碳酸鈣體質(zhì)顏料在涂料工業(yè)中也廣泛應(yīng)用，用硬脂酸和松香處理過的 CaCO 駐涂料中可以提高其潤濕性。5 .粘土（高嶺土）粘土（瓷土或白土）的主要成分是 Al2-2SiO2-2H2O 高嶺土分水洗高嶺土、鍛煉高嶺土、精制高嶺土和活性高嶺土。其中，水洗高嶺土無耐磨性，比表面積較大，反應(yīng)活性較高；鍛煉高嶺土較堅(jiān)硬，具有較高導(dǎo)電性，這種高嶺土的白度和遮蓋力都有提高，鍛煉后粒子形狀也由結(jié)晶態(tài)變?yōu)闊o定形。大多數(shù)高嶺土都是六角形片狀結(jié)構(gòu)，折射率

11、為 1.6,密度為2.58g/cm3。高嶺土質(zhì)地松軟、潔白，有的含有無定形片狀粉末，濕時(shí)有粘塑性，吸油量高，能耐稀酸、稀堿。多用于底漆、水性涂料和高粘度低顏料份的涂料?？商岣咄磕び捕?，不易龜裂，并可防止顏料沉底。6 .云母云母粉或白云母的化學(xué)組成是正硅酸鋁鉀， 一般涂料常用的云母礦呈棕綠色的透明片層結(jié)構(gòu)。 通過濕法研磨或干法研磨，漂去磁土、氧化鐵等雜質(zhì)，過濾干燥而成為極為細(xì)白珍珠光的細(xì)片狀體質(zhì)顏料。經(jīng)過超細(xì)粉碎的微粉稱超細(xì)云母。這禾體質(zhì)顏料的折射率為 1.58,密度為 2.8g/cm3,由于這種體質(zhì)顏料具有片狀或葉片狀結(jié)構(gòu)，在涂料中使用可提高涂料的耐濕性和耐候性。云母體質(zhì)顏料的彈性很大，能使涂

12、膜增強(qiáng)堅(jiān)韌性，耐火、耐水、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，能阻止紫外線和水分穿透，還能防止龜裂、延遲粉化，可增加室外用涂料的耐久性和耐候性。還可用作防火涂料和防水涂料。在瀝青中使用較多，可防止瀝青龜裂。用在水性涂料中，可以防止龜裂和改善涂刷性。7 .滑石粉滑石粉又名硅酸鎂，主要成分為 3MgO4SiO2-H2。密度為 2.85g/cm3,是天然滑石和透閃石礦的天然混合物磨細(xì)水漂而成，由片狀和纖維狀兩種形態(tài)混合存在，用在涂料中能防止顏料沉底結(jié)塊，還可防止涂膜流掛和涂層龜裂，并能提高涂膜的耐水性、耐磨性、耐久性和涂刷性。8 .霞石（正長石）霞石是一種天然生成的硅酸鋁鈉鉀，可用作陶瓷和涂料工業(yè)中，它的折射率為 1.

13、54,密度為 2.6g/cm3。9 .葉蠟石葉蠟石是天然的粘土狀的水合硅酸鋁化合物，密度為 2.7g/cm3,也可以用在涂料工業(yè)作為體質(zhì)顏料使用。10 .二氧化硅天然二氧化硅有石英砂、硅藻石和硅藻土等品種，其化學(xué)成分為 SiO2,密度為 2.9g/cm3,可以破碎成所需粒徑范圍，在涂料工業(yè)中作為惰性體質(zhì)顏料使用，由于這種體質(zhì)顏料耐磨性好，常用于道路涂料中。石英粉是天然二氧化硅中分布很廣的品種，質(zhì)地堅(jiān)硬、耐磨性強(qiáng)、吸油量小、不溶于酸、能溶于堿和碳酸鈉中。用于填膩、打底漆、地板漆中、但不易研磨，容易沉底，因此很少用于涂料中。硅藻土為無定形天然二氧化硅，可以用在平光涂料中提高遮蓋力。在天然礦石中，一

14、般含 80%勺 CaCO 舜口 20%勺硅藻土。合成二氧化硅是由硅酸鈉水溶液與酸反應(yīng)再熱解制得；氣相二氧化硅（氣相白炭黑）是由鹵化硅在氫-氧焰中高溫水解制得；沉淀二氧化硅是由可溶性硅酸鹽用酸分解制得的。這些無定形填料的密度為 2.1g/cm3,折射率為 1.45,在涂料工業(yè)中常用作消光劑和觸變劑。在乳膠漆中使用時(shí)，可提高涂料的熱穩(wěn)定性。11 .石棉粉石棉粉系由石棉破碎而得，其組成為硅酸鈣鎂的混合鹽，質(zhì)輕而松，吸油量大，耐酸、耐堿、耐熱，因此常作為耐酸涂料、耐熱涂料、防火涂料的特殊顏料。五、混合體質(zhì)顏料的選擇在涂料配方設(shè)計(jì)中，選用不同的體質(zhì)顏料混合使用時(shí)，不同粒徑的體質(zhì)顏料作用不同。如粗的體質(zhì)顏

15、料可使涂料色彩保留時(shí)間長，抗粉化能力也比微細(xì)體質(zhì)顏料高，而細(xì)的體質(zhì)顏料用在涂料中，可以提高 TiO2 的使用效率，提高干遮蓋力。對(duì)于不同種類的體質(zhì)顏料，在涂料中所起的作用也各不相同。如 CaCO 笳粉化比粘土類體質(zhì)顏料好，但耐粘污性不好。而一些板狀、層狀高嶺土的抗粉化能力和保色性比水洗高嶺土好。在涂料配方設(shè)計(jì)中，體質(zhì)顏料的用量和品種應(yīng)根據(jù)所需涂料產(chǎn)品的性質(zhì)、類別來進(jìn)行選擇。在基本配方中，PVC 應(yīng)保持不變，PVC/CPVC 勺比例不變，基料的量不變，此時(shí)通過調(diào)整不同體質(zhì)顏料的配比得到性能良好的配方。在這些涂料配方中，選用的混合顏料品種不同、粒徑不同，制備出的涂料具有不同的性能。因此，在涂料配方

16、設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮體質(zhì)顏料的不同性能，按照產(chǎn)品的最終需求選擇混合體質(zhì)顏料。顏料體積濃度（PVC）涂料在生產(chǎn)過程中，是以重量為單位計(jì)算的，但涂膜在干燥后一般是以體積來表示性能的，因?yàn)楦傻钠崮な且粋€(gè)多元結(jié)構(gòu)組成， 各個(gè)成分之間的體積關(guān)系， 對(duì)涂膜的性能有重要的作用。 在干膜中粉料所占的體積百分比叫顏料的體積濃度，即 PVC.PVC=粉料的體積/（粉料的體積+樹脂的體積）PVC 在實(shí)際應(yīng)用中，與干漆膜的性能有很大的關(guān)系，因?yàn)橥苛鲜且酝磕さ暮癖矸从惩苛系男再|(zhì)，所以 PVC 值的大小可以粗略的反映涂膜的基本性能.1CPVC 的定義和計(jì)算方法：我們?cè)谕苛吓浞降挠?jì)算中，如果想要知道顏料體積濃度對(duì)涂膜有多大

17、的影響，必須首先要知道這個(gè)體系的臨界顏料體積濃度，即 CPVC.因?yàn)樵谕苛吓浞街蟹哿系姆N類和用量不一樣，所產(chǎn)生的 CPVC 也不一樣。我們?cè)跍y試粉體的吸油量時(shí)，當(dāng)顏料剛剛被亞麻油粘結(jié)成糊狀，而沒有多余的亞麻油時(shí)，這時(shí)的顏料體積濃度就剛好處在 CPVC 值，所以顏料的吸油量和 CPVC 值就可以通過以下方法計(jì)算:1CPVC=1+(OA?P/93.5)OA-顏料的吸油量，廠-顏料的密度，93.5-亞麻油的密度這種方式適合計(jì)算出單一粉體的 CPVC 值，因?yàn)楦鱾€(gè)粉體的吸油量可以測出，如果是混合粉體，這種計(jì)算方式就很不適合，恰恰現(xiàn)在涂料中粉料的使用幾乎全部是混合粉體，所以我們可以把這種計(jì)算 CPVC

18、值的方法再進(jìn)一步延伸，即混合顏料的計(jì)算方法如下：1CPVC=1+2(OA?p?V/93.5式中：OA-某個(gè)粉體的吸油量，L-某個(gè)粉體的密度，V-某個(gè)粉體在整個(gè)粉體體積中所占有的體積%O如：在某個(gè)配方中金紅石鈦白 100kg，重鈣 200kg,硅灰石 100kg,硫酸鋼 80kg.a.我們首先計(jì)算這個(gè)粉料的體積：金紅石鈦白：100%.2=23.8重鈣：20027=74硅灰石：100275=36.4硫酸鋼：80M.47=17.9b.總的體積：23.8+74+36.4+17.9=152.1c.各個(gè)粉料所占的%:金紅石鈦白23.8152.1=0.156重鈣74152.1=0.486硅灰石36.4152

19、m=0.239硫酸鋼17.9152m=0.117d.混合粉料的CPVC值計(jì)算：把以上的數(shù)據(jù)代入下面的式中：1CPVC=1+2(OA?p?V/93.51CPVC=1+(16M.2H.156)+(13X2.76486)+(18X2.750.239)+(6M.470.117)/93.5=1/1+(10.48+17+11.8+3.14)/93.5=1/1+42.4/93.5=1/1+0.453=1/1.454=0.688=68.8%在以上的計(jì)算中，因?yàn)楦鱾€(gè)原料的具體數(shù)值(如吸油值，密度等)有所不同，所以計(jì)算出的數(shù)值是一個(gè)近似值，只作為我們?cè)趹?yīng)用中的一個(gè)參考。另外，在一些專業(yè)書籍中介紹的還有別種計(jì)算 CPVC 的方法，但不管是什么方法，計(jì)算出的基本上都是一個(gè)近似值，因?yàn)橛绊?CPVC 值的因素太多，各個(gè)方法 af 算出的 CPVC可能都不同，所以我們只能作