涂料填料，也稱體質(zhì)顏料，通常是白色或稍帶顏色的、折射率小于1.7的一類顏料，具有涂料用顏料的基本物理性能和化學(xué)性能。由于折射率與成膜物質(zhì)相近，在涂料中并不具有著色顏料的著色力和遮蓋能力。但作為涂料中不可缺少的一種組成成分，填料除了起到填充作用，降低成本外，對(duì)大多數(shù)著色涂層的性能也有很大影響，如提高涂膜的耐磨性和刮傷性，降低涂料熔融流平時(shí)的流掛，提高防腐蝕性能，改進(jìn)耐潮氣性等。

來(lái)源：彩之韻化工顏料

目前市場(chǎng)上的涂料填料種類繁多，包括但不限于碳酸鈣、硅酸鹽、氧化鋅和滑石粉等。每種填料都有其獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，使其在不同的應(yīng)用中表現(xiàn)出不同的效果。因此，選擇合適的填料類型對(duì)于優(yōu)化產(chǎn)品性能和滿足特定的應(yīng)用需求至關(guān)重要。

無(wú)機(jī)填料的功能指標(biāo)

為了讓涂料有更好的使用效果，在選擇填料時(shí)首先需要充分考慮粉體的白度、粒度、吸油量和微觀結(jié)構(gòu)等。

1、白度：粉體的白度是涂料最直觀的一個(gè)功能指標(biāo)，不同的體系對(duì)粉體的白度有著不同的要求。如白度達(dá)不到要求，那么產(chǎn)品的顏色就會(huì)發(fā)暗，進(jìn)而會(huì)影響之后的調(diào)色效果。

2、粒度：一般填料的顆粒粒徑越小，能夠堆積的越緊密，則填充材料的力學(xué)性能越好，但顆粒粒徑越小，實(shí)現(xiàn)均勻分散就越困難，不僅需添加助劑，加工成本提高，還會(huì)直接影響著色力、消色力、遮蓋力、表面光澤度、流變性、產(chǎn)品耐久性等，所以要根據(jù)實(shí)際情況確定合適的粉體粒徑，一般平均顆粒度以5um左右為好，最大顆粒度不宜超20um。

3、硬度：硬度是涂料填料的一種重要物理指標(biāo)，直接影響著最終涂膜的機(jī)械性能。高硬度的填料可以提高涂膜的硬度、耐磨性以及抗刮擦性，但較高的硬度容易對(duì)物料所接觸的加工設(shè)備與模具的表面造成嚴(yán)重磨損。相反地，硬度較低的填料則能夠賦予涂膜較好的打磨性，但對(duì)涂膜的機(jī)械性能提升作用小。

常見涂料填料的莫氏硬度

來(lái)源：佐敦涂料(張家港)有限公司

3、吸油量：填料的吸油值反映了其很多物理性質(zhì)的組合效應(yīng)，如粒子形狀、粒徑分布以及比表面積。通常粉體吸油值越小，樹脂吸附量越少，即可填充比例越高；反之粉體吸油值越大，涂料體系加工過(guò)程中粘度越高，加工能耗大大增加，涂膜性能也會(huì)受到很大影響，但體系中粉體填料不易沉降，有利于其貯存穩(wěn)定性。

4、微觀結(jié)構(gòu)：填料的形貌通常有球形、片狀、纖維或針狀等。球形粉體具有最高的堆積密度和均勻的應(yīng)力分布，可增加流動(dòng)性和降低黏度。片狀填料具有一定的增強(qiáng)性能和堆積密度，同時(shí)大的徑厚比使其具有定向排列特性，平行于涂抹表面，能夠有較大的反射面積，有利于取向且有較低的液體、氣體、蒸氣的滲透性。而纖維或針狀填料則能夠?yàn)橥磕ぬ峁└玫闹巫饔茫哂休^高的強(qiáng)度，可以提高觸變性。通常在使用過(guò)程中可將兩種或多種填料相混合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以獲得比較理想的效果。

不同形貌的涂料填料

不同的填料在工業(yè)涂料中如何應(yīng)用？

在涂料應(yīng)用領(lǐng)域，根據(jù)不同的礦物學(xué)特征及基本化學(xué)組成，填料大致可以分為碳酸鹽、硅酸鹽、二氧化硅、硫酸鋇以及氫氧化鋁5種類型。不同的填料可以生產(chǎn)出性能各異的工業(yè)涂料。

1、碳酸鹽類

用作涂料填料的碳酸鹽主要有碳酸鈣和白云石兩種。

碳酸鈣分為輕質(zhì)碳酸鈣（沉淀碳酸鈣）和重質(zhì)碳酸鈣。重質(zhì)碳酸鈣粒徑大且分布較寬，同時(shí)由于高品質(zhì)的天然碳酸鈣產(chǎn)品是以方解石為原料，白度也高。作為體質(zhì)顏料填充于高PVC涂料中時(shí)，具有一定的干遮蓋力，因此可以減少鈦白粉的用量，同時(shí)也能為漆膜提供較好的強(qiáng)度、耐水性、干性、耐擦洗性，可降低涂料的粉化速率，改善淺色漆的保色性和增加抗霉菌性，但由于耐酸性差，妨礙了它在外用涂料中的應(yīng)用。相比重質(zhì)碳酸鈣，輕質(zhì)碳酸鈣則具有更小的粒徑和更窄的粒徑分布范圍、高的吸油量和亮度，可用在需求最大消光效果的地方。

白云石是鎂離子與碳酸鈣中的鈣離子進(jìn)行了部分交換而形成的，其密度及硬度要高于碳酸鈣，具有改善涂料耐候性、吸油性和抗擦洗性等作用，且對(duì)于金屬有防腐蝕作用，主要應(yīng)用于工業(yè)保護(hù)涂料和船舶涂料中。

2、硅酸鹽類

硅酸鹽的基本構(gòu)造單元中Si和O組成的硅氧四面體[SiO₄]^4-，既可以孤立地被其他陽(yáng)離子包圍起來(lái)，也可以彼此以共角頂?shù)姆绞竭B結(jié)形成各種形式的硅氧骨架與其他陽(yáng)離子結(jié)合形成層狀、架狀和針狀結(jié)構(gòu)。

層狀硅酸鹽類礦物填料包括滑石粉、云母粉以及高嶺土，其層狀基本單元結(jié)構(gòu)通過(guò)極弱的范德華力互相堆疊在一起，層間容易分離，賦予其良好的柔軟度，尤其對(duì)于滑石粉（水合硅酸鎂）而言，其莫氏硬度僅為1.0，是最軟的礦物之一，應(yīng)用于在工業(yè)涂料領(lǐng)域不僅可以提高涂膜的及抗裂性能，具有良好的打磨性，其片狀結(jié)構(gòu)的阻隔作用還能夠提供良好的耐水、抗?jié)B透性以及結(jié)構(gòu)性黏度，起到防沉和防流掛的作用，同時(shí)延長(zhǎng)了腐蝕物質(zhì)的擴(kuò)散路徑，在制備工業(yè)防腐涂料上具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。而云母粉除了具有層狀結(jié)構(gòu)帶來(lái)的一系列優(yōu)點(diǎn)，還具有良好的絕緣性，同時(shí)其呈多層晶狀的薄片體在涂料中的水平排列可阻止紫外線的輻射而保護(hù)涂膜，并進(jìn)一步改善涂膜的致密性，有效防止水分滲透，從而提高了涂膜的耐水性、耐酸堿腐蝕性，一般在耐溫和絕緣粉末涂料中使用，可作為紋理粉的填料用。

片狀填料的防水防腐機(jī)理（來(lái)源：海揚(yáng)粉體）

在架狀硅氧骨架中，硅氧四面體彼此共用四個(gè)角頂時(shí)，構(gòu)成向三維空間發(fā)展的骨架狀。作為最典型的架狀硅酸鹽填料，長(zhǎng)石粉是由帶棱角的結(jié)節(jié)狀粒子組成，莫氏硬度6-6.5，由于擁有低著色力，能夠很好地突顯顏料的本身的顏色；而在使用性能方面，相比于球形或者普通的塊狀填料，能夠形成更為致密的涂膜，賦予涂膜高耐磨性及刮擦性，提高涂膜的防腐性能，廣泛應(yīng)用于海洋工程、船舶、重工業(yè)防腐、木器、裝飾和粉末涂料等領(lǐng)域。

長(zhǎng)石粉形貌

來(lái)源：佐敦涂料(張家港)有限公司

當(dāng)硅氧四面體彼此共用兩個(gè)角頂，則會(huì)構(gòu)成單向延伸的針狀或者纖維狀硅氧骨架，硅灰石就是最具代表性的針狀硅酸鹽類填料之一。硅灰石主要成分為偏硅酸鈣，其長(zhǎng)度為直徑的13～15倍，純度較高的硅灰石其外觀為白色或乳白色，并且具有玻璃或珍珠光澤。其應(yīng)用于工業(yè)涂料中主要有兩個(gè)功能：一是利用粒子的親水性，使水向這些顏料粒子中擴(kuò)散要比向乳液粒子中擴(kuò)散容易得多，干燥以后在融合的乳膠涂膜內(nèi)形成微細(xì)的空氣二氧化硅界面，提高涂膜的不透明性。二是利用纖維結(jié)構(gòu)可在涂膜中重疊交聯(lián)，能增加涂膜的封閉性能，還能使涂膜具有較強(qiáng)的反射紫外線的能力，提高涂膜的耐磨性和耐久性。

硅灰石形貌

來(lái)源：佐敦涂料(張家港)有限公司

纖維結(jié)構(gòu)重疊交聯(lián)提升涂料封閉性能

來(lái)源：佐敦涂料(張家港)有限公司

3、二氧化硅

二氧化硅填料包括結(jié)晶型二氧化硅、無(wú)定型二氧化硅等天然產(chǎn)品和沉淀法、氣相法制備的人工二氧化硅兩大類，常應(yīng)用在耐熱粉末涂料中。

在天然二氧化硅填料中，結(jié)晶型二氧化硅，即石英砂，具有高白、高純、超細(xì)、粒均、高絕緣性、高導(dǎo)熱性、高耐候性及耐酸堿性等，主要用于建筑真石漆的制備中。而無(wú)定型的天然二氧化硅則由于其較低的密度和多孔性，能夠起到吸收和消除異味的作用，同時(shí)其具有的離子效應(yīng)，可以將水分子分解成正負(fù)離子，從而產(chǎn)生強(qiáng)氧化作用，起到一定的殺菌功效。

在人工二氧化硅填料中，沉淀二氧化硅均勻分散于涂膜中能夠產(chǎn)生微粗糙面，使得光線發(fā)生漫反射而具有很強(qiáng)的消光作用。而合成氣相二氧化硅作為一種極純的無(wú)定型二氧化硅，具有良好的增稠作用，提高涂層與基材之間的結(jié)合強(qiáng)度，在涂料中呈現(xiàn)一定的觸變性，除此之外，氣相二氧化硅還具有極強(qiáng)的紫外線吸收、紅外光反射特性，填加在涂料中能提高涂料的抗老化性能。

使用二氧化硅填料后的涂料表面的光澤測(cè)試掃描電鏡

（來(lái)源：贏創(chuàng)Evonik）

4、硫酸鋇

硫酸鋇為無(wú)色斜方晶系晶體或白色定形粉末，利用其高填充性和低吸油值，用于生產(chǎn)各種油性涂料、水性涂料中可使得成本明顯下降，因此常用于制作厚膜底漆。而由于硫酸鋇的許多性能指標(biāo)（如比重、白度、吸油量、折射率、粒度等）與鈦白接近，并且有較好的分散性、光澤感和適宜的粒徑分布范圍，適量添加在鈦白粉中可控制鈦白粒子之間距離，防止發(fā)生光學(xué)上的絮凝現(xiàn)象，從而達(dá)到減少鈦白用量而不影響產(chǎn)品遮蓋力的目的，尤其是利用人工生產(chǎn)的小粒徑沉淀硫酸鋇，還能使產(chǎn)品呈現(xiàn)處鏡面一樣的高光效果，常用于高光澤和絲光紋理漆的生產(chǎn)。除此之外，硫酸鋇還能夠吸收有害的X射線、Y射線等，是一種具有環(huán)保功能型的材料。

5、氫氧化鋁

氫氧化鋁作為阻燃填料，熱穩(wěn)定性好，具有阻燃、消煙、填充3大功能，是防火涂料中最主要的無(wú)機(jī)填料。其阻燃原理是氫氧化鋁在高溫時(shí)釋放水，發(fā)生吸熱反應(yīng)，并且水蒸發(fā)消耗額外的能量。氫氧化鋁分解后形成阻隔層，可減緩氧氣的流動(dòng)和其他氣體的生成速度，產(chǎn)生的氧化鋁殘?jiān)练e于表面，隔離氧氣，達(dá)到抑制燃燒的效果。此外，氫氧化鋁對(duì)紫外光的低吸收性使其十分適用于UV固化的涂料體系。

涂料常用填料的應(yīng)用效果

參考文章：

[1] 季興宏.無(wú)機(jī)填料在涂料工業(yè)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].中國(guó)涂料.

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