填充劑及顏料體積濃度PVC計算

1、、體質(zhì)顏料概述在涂料配方設(shè)計中，體質(zhì)顏料通常被當作低成本的原料添加到涂料中，以提高涂料的固含量，所以當顏料 以重量出售時常加入重晶石。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)計中仔細選擇，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VOC直；(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度；(8)可以提高涂料的耐

2、磨性和防滑性；9)當PVC > CPVC時，加入體質(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強劑和增量劑； (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。比起化學特性而言，物理特性對涂料中體質(zhì)料的影響更大，如粒徑和粒子形狀、吸油量、密度和表面處理或煅燒的效果。體質(zhì)顏料的粒徑

3、可以從小于0.1卩m到超過3,000卩m,但通常用到的體質(zhì)顏料粒徑均在0.220卩m內(nèi)。超細體質(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(> 20卩m)對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)煅燒的體質(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。仔細選擇適合的體質(zhì)顏料混合物，會影響涂膜的填充性，提高涂膜 強度、耐擦洗性和耐久性。除粒徑和形狀外，應(yīng)正確選

4、擇體質(zhì)顏料的吸油量。吸油量越高，涂料的CPVC越低。因為以體積計算時，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，在涂膜中具有補強作用，可

5、以提高內(nèi)墻涂料的耐擦洗性，提高外墻涂料的 耐候性。瓷土，特別是煅燒后的瓷土，具有不透光性，可得到柔軟的涂膜，涂料的抗流掛性好?；郾?瓷土具有更好的耐擦洗性， 瓷土和滑石粉常同時用于平光乳膠漆中， 而微細白云石可使外墻涂料手感滑爽。 對于錘紋外墻涂料，碳酸鈣和微細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)顏料沒有絕對的原則，主要取決于當?shù)刭Y源、相應(yīng)價格、涂料所需顏色、以及當用體質(zhì)顏料 而非助劑來控制涂料流變性時的范圍。然而，對于一個特定的涂料配方體系，正確地使用混合體質(zhì)顏料將 會影響液體涂料和干涂膜的特性平衡。對于一個好的涂料配方，體質(zhì)顏料不再作為低成本添加劑，而是

6、非 常重要的組成部分。高吸油量的體質(zhì)顏料，如超細二氧化硅，可以作為消光劑使用，因為只需要少量的二氧化硅即可大大降低 涂料的光澤。在涂料配方中，應(yīng)盡量避免使用這種體質(zhì)顏料，因為它們很容易降低涂料的CPVC和流動性。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卩m的碳酸鈣可滿足此要求。二、體質(zhì)顏料的分類 因為大多數(shù)基料的折射率都小于 1.7，因此在CPVC以下使用時，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。當涂配方體系的PVC> CPVC寸，干遮蓋力的作用增強，在干膜中，涂料中含有的空氣可以形

7、成微泡留在涂膜中，此時遮蓋力大小取決于鈦白粉的用量和涂膜中的空氣一般來說，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 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、煅燒二氧化硅以及硅酸鹽，它們都 具有光學亮度。合成纖維除作為體質(zhì)顏料外，還可以用作補強劑。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BaSO4粒徑比天然重晶石小。重晶石的相對密度為4.6，不透過X-射線，具有耐旋光性和

8、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 硬，不透紫外線。與少量氧化鋅合用時，能提高涂膜的耐磨性。常用于膩子、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 2.9 g/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，它們的密度均為 2.3 g/cm3 ，折射率為 1.5。3. 硫酸鈣硫酸鈣俗稱石膏粉，化學成分為 CaS04H2O 般由石膏巖粉碎制得。生石膏密度為 2.4 g/cm3，它的吸 水性及吸油量大，僅用于配制油灰、填膩中，用量多時易使膩子龜裂、脫落。合成的CaSO4可以控制粒徑大小

9、，由石灰乳和硫酸反應(yīng)制得，無水石膏的密度為 2.9 g/cm3 。4. 碳酸鈣 （白堊 ）碳酸鈣化學成分為 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，再在圓輥碾或球磨機中加水 研磨成粉末，用水漂洗，選取細粉，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， 主要用于厚漆及膩子等。輕質(zhì)碳酸鈣顆粒細，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，但當水中含有碳酸氣時，能微溶，見酸即溶，見水易吸潮，有

10、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，可改進懸浮性、中 和基料的酸性并改進涂料的平滑性。輕質(zhì)CaCO莊涂料中使用的主要有幾種品種，如普通沉淀 CaCO3微細CaCO3超細CaCO3和活性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CaCO3在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AI2 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；鍛煉高嶺土較堅硬，具有較高導 電性，這種高嶺土

11、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)，折射率為 1.6，密度為2.58 g/cm3。高嶺土質(zhì)地松軟、潔白，有的含有無定形片狀粉末， 濕時有粘塑性，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?膜硬度，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白珍珠光的細片狀體質(zhì)顏料。經(jīng)過超細 粉碎的微粉稱超細云母。這種體質(zhì)顏料的折射率為 1.58，密度為 2.8 g/cm3

12、 ，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，能使涂膜增強堅韌性，耐火、耐水、耐化學腐蝕性強，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 3MgO4SiO2H2Q密度為 2.85 g/cm3,是天然滑石和透閃石礦的天然混合物磨細水漂而成，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

13、、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1.54，密度為 2.6 g/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 2.7 g/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，其化學成分為SiO2，密度為2.9 g/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)地堅硬、耐磨性強、吸油量小、不溶于酸、能溶于堿和碳酸 鈉中。用于填膩、

14、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，一般含80%的CaCO3ffi 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2.1 g/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，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

15、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)計中，選用不同的體質(zhì)顏料混合使用時，不同粒徑的體質(zhì)顏料作用不同。如粗的體質(zhì)顏料可 使涂料色彩保留時間長， 抗粉化能力也比微細體質(zhì)顏料高， 而細的體質(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CaCO3抗粉化比粘土類體質(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)、 類別來進行選擇。 在基本配方中， PVC應(yīng)保持不變，PVC/CPVC

16、勺比例不變，基料的量不變，此時通過調(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， 在涂料配方設(shè)計時，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，是以重量為單位計算的，但涂膜在干燥后一般是以體積來表示性能的，因為干的漆 膜是一個多元結(jié)構(gòu)組成，各個成分之間的體積關(guān)系，對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在實際應(yīng)用中，與干漆膜的性能有很大的關(guān)系，因為

17、涂料是以涂膜的厚薄來反映涂料的性質(zhì)，所以PVC值的大小可以粗略的反映涂膜的基本性能 .1 CPVC 的定義和計算方法 :我們在涂料配方的計算中 ，如果想要知道顏料體積濃度對涂膜有多大的影響，必須首先要知道這個體系的臨界顏料體積濃度，即CPVC.因為在涂料配方中粉料的種類和用量不一樣，所產(chǎn)生的CPVC也不一樣。我們在測試粉體的吸油量時，當顏料剛剛被亞麻油粘結(jié)成糊狀，而沒有多余的亞麻油時，這時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算：1CPVC = 1+(0A? p /93.5)OA -顏料的吸油量，p-顏料的密度，93.5-亞麻油的密度這種方

18、式適合計算出單一粉體的 CPVC 值，因為各個粉體的吸油量可以測出，如果是混合粉體，這種計算 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算CPVC 值的方法再進一步延伸，即混合顏料的計算方法如下：1CPVC = 1 + 2 (OA? p ?V/93.5式中：OA- 某個粉體的吸油量，p- 某個粉體的密度，V - 某個粉體在整個粉體體積中所占有的體積 %。如：在某個配方中金紅石鈦白100kg,重鈣200kg，硅灰石100kg,硫酸鋇80kg.a. 我們首先計算這個粉料的體積 :金紅石鈦白：100詔.2 = 23.8重鈣： 200吃.7 = 74硅灰石：100

19、煜.75 = 36.4硫酸鋇：80 乂47 = 17.9b. 總的體積 :23.8 + 74 + 36.4 + 17.9 = 152.1c. 各個粉料所占的 %：金紅石鈦白 23.8 152.1 = 0.156重鈣 74 152.1-= 0.486硅灰石36.4 152* = 0.239硫酸鋇17.9 152* = 0.117d. 混合粉料的 CPVC 值計算：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.2 156) + (13 X2.7 冷.486) + ( 18 X2.75 0.239) + (6M.47 0.117) /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% 在以上的計算中，因為各個原料的具體數(shù)值(如吸油值，密度等)有所不同，所以計算出的數(shù)值是一個近 似值，只作為我們在應(yīng)用中的一個參考。另外，在一些專業(yè)書籍中介紹的還有別種計算CPVC 的方法，但不管是什么方法， 計算出的基本上都是一個近似值， 因為影響 CPVC 值的因素太多， 各個方法計算出的 CPVC 可能都不同，所以我們只能作為參考。PVC 和 CPVC 的關(guān)系：我