源磊告訴你 | 淺談粉體填料的應用與發展趨勢

源磊告訴你 | 淺談粉體填料的應用與發展趨勢

涂料環保風暴時代，發展環境友好型涂料是企業的必然選擇，但是環境友好型涂料不止水性涂料一種，如果企業一窩蜂的去發展水性涂料，難免為會出現產品同質化。除了水性涂料，高固體分涂料、無溶劑涂料 、粉末涂料也是環境友好型涂料，理應成為涂料行業重點發展方向。有研究報告稱亞太地區預計2017年至2022年的粉末涂料市場的價值和數量將達到最高的增長率。粉末涂料技術正在快速發展以適應需求驅動的市場。市場驅動之下，對于不同粉體材料在粉末涂料中的應用研究就顯得尤為重要。

一、粉末涂料概況

粉末涂料始于上世紀50年代，是一種固含量為100%，且沒有有機揮發物(VOC) 產生的環保型涂料，具有節省能源，減少污染，工藝簡單，易實現工業自動化，涂層性能優異等特點。

粉末涂料是由聚合物、顏填料和助劑組成的粉狀涂料。由于沒有液態介質的揮發，具有良好的生態環保性；粉末涂料一次性就可形成較厚的涂層，具有極高的生產效率；粉末涂料的力學性能和抗化學腐蝕性能優異，具有優異的涂膜性能；粉末涂料的使用能夠節約能源，節約資源，利用率可達99%，使用安全，具有突出的經濟性；因此，作為無溶劑涂料，粉末涂料符合國際上流行的經濟、環保、高效、性能卓越的“四E”原則。

隨著電器和輕型汽車的需求不斷增長，導致對粉末涂料的需求增加。發達國家和新興國家終端使用行業的需求不斷增長，也引發了粉末涂料市場的增長。市場研究機構Markets and Markets發布的報告稱，全球粉末涂料市場規模預計到2022年將達到1349億美元，2017年到2022年的年復合增長率為6.75%。

得益于多個因素的共同推動，尤其是城鎮化的快速發展以及房屋、建筑以及汽車等領域的聯合增長，中國粉末涂料市場需求的增速位列全球之冠，2016年中國粉末涂料行業產量達到207萬噸。

二、不同粉體材料在粉末涂料中的應用分析

涂料中的填料不僅可以降低其成本，而且對提高涂料產品的性能也起到很大的作用。如提高涂膜的耐磨性和刮傷性，降低涂料熔融流平時的流掛，提高防腐蝕性能，改進耐潮氣性等。

粉末涂料在選擇填料時需要考慮密度、分散性能、粒徑分布、純度等因素。通常而言，密度越大，粉末涂料的覆蓋率越低；大粒子的分散性好于小粒子的分散性；填料是化學惰性的，能避免與粉末配方的某些組分如顏料發生反應；填料的顏色應盡可能地白。粉末涂料通常使用的粉體材料主要有碳酸鈣、硫酸鋇、滑石粉、云母粉、高嶺土、二氧化硅、硅灰石等。

碳酸鈣分為輕質碳酸鈣(沉淀碳酸鈣)和重質碳酸鈣。無論哪種碳酸鈣、用何種方法生產，不同的粒徑大小都強烈地影響涂層的光澤。碳酸鈣通常不推薦用于戶外使用。

重鈣除用于增量外，主要用于部分取代鈦白粉和彩色顏料，取代輕鈣和沉淀硫酸鋇，防腐蝕以及部分取代防銹顏料。

重鈣用于室內建筑漆時，可單獨使用或與滑石粉并用。與滑石粉相比，碳酸鈣可降低粉化速率，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用。

和重鈣相比，輕鈣具有小的粒徑和窄的粒徑分布范圍、高的吸油量和亮度，輕鈣可用在需求最大消光效果的地方。

用作涂料體質顏料的硫酸鋇有天然和合成兩種，天然產品稱重晶石粉，合成產品稱沉淀硫酸鋇。

在粉末涂料方面，沉淀硫酸鋇能增強粉末涂料的流平性和保光性，并且與所有的色料有較好的兼容性?？墒狗勰┩苛显趪娡抗に囍羞_到理想的涂膜厚度，且上粉率高。

重晶石粉填料主要用于要求高涂膜強度、高填充力和高化學惰性的工業底漆和汽車中間涂料，也用于需要較高光澤的面漆中。在乳膠漆中，由于重晶石折射率高(1.637)，微細重晶石粉可具有半透明性白色顏料的功能，可在涂料中取代部分鈦白粉。

云母粉為復雜的硅酸鹽類組成，粒子為鱗片狀，耐熱、耐酸堿性優良，對粉末涂料的熔融流動性有影響，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。

眾多類云母中，絹云母的化學結構與高嶺土相近，兼具了云母類礦物和粘土類礦物的多種特點。其應用于涂料中，可大幅度提高涂膜的耐候性、抗透水性，增強涂膜的附著力和強度，改善涂膜的表觀。同時染料粒子易進入絹云母粉的晶格層間，從而保持顏色長久不褪色。此外絹云母粉還具有抗藻防霉的功能。因此，絹云母粉對涂料而言是一種價格性能比優異的多功能填料。

滑石粉又稱含水硅酸鎂，由滑石礦直接粉碎而成。粒子呈針狀結晶，有滑膩感，質地柔軟和磨蝕性低，有良好的懸浮性和分散性及一定的觸變性，對粉末涂料的熔融流動性有較大的影響，常用于紋理粉。目前在各種底漆、中間涂料、路標漆、工業涂料以及內外用建筑涂料中應用。

滑石粉價格便宜，但是它存有缺點，因而用量有限。首先，吸油量較大。在需要低吸油量的場合，它必須與吸油量低的填料和重晶石粉配合；其次，耐磨性不高，在需要高耐磨性的場合，要加入其他的填料加以彌補；再者，含有其他非金屬礦物的滑石粉，因雜質礦物易與酸(如酸雨)反應，故不適用于要求高耐候性的外用涂料中；此外，滑石粉具有消光性，故它一般不用于高光澤涂料中。

多孔粉石英屬于二氧化硅體系一種，使用的安全性被認可，已廣泛用于粉末涂料、防火涂料、防水涂料、防腐涂料等。廉價的多孔粉石英可以降低粉末涂料的成本，同時替代硫酸鋇以減少產品中可溶性鋇的含量，達到環保要求。

此外，粉末涂料常使用氣相白炭黑作為粉末涂料的松散和抗結塊助劑。氣相二氧化硅是一種多功能體質顏料，又是性能優良的涂料流變控制劑。在液體涂料中，它的流變控制功能包括：增稠、觸變、防流掛、覆蓋邊緣；在固體粉末涂料體系中，增進粉末的自由流動，防止結塊和流體化。

高嶺土可以改善觸變性和抗沉淀性。煅燒黏土對流變性能沒有影響，但卻可以像沒有經過處理的黏土一樣，具有消光作用、增加遮蓋性和增加白度，這些都類似于滑石粉。

高嶺土一般吸水性較大，不適合提高涂料的觸變性，不適合于制備憎水性涂膜。高嶺土產品粒徑在0.2—1μm之間。粒徑大的高嶺土吸水性??；消光效果好，粒徑小的高嶺土(1μm以下)，可用于半光涂料和內用涂料。

高嶺土可分為煅燒高嶺土和水洗高嶺土。一般來說，煅燒高嶺土的吸油量、不透明性、孔隙率、硬度和百度都高于水洗高嶺土。

空心玻璃微珠是一種微小、中空的圓球狀粉末，具有重量輕、體積大、導熱系數低、抗壓強度高、絕緣、耐腐蝕、無毒以及分散性、流動性、穩定性好等優點。

在粉末涂料中應用時，空心玻璃微珠可以起到以下作用：

（1）隔熱、絕緣、吸水率低?？招牟Ａ⒅榈膬炔渴钦婵栈蛳”怏w，與環氧樹脂存在密度及導熱系數差，所以它具有隔熱的特性，是耐高溫粉末涂料的極佳填充劑。

（2）可改善粉末涂層的物理機械性能?？招牟Ａ⒅樘盍峡稍黾臃勰┩苛系挠捕群蛣偠?。但抗沖擊性能下降，下降多少與對中空玻璃微珠的表面處理有關。如選用正確的偶聯劑進行預處理，可減少對材料抗沖擊性能的影響。

（3）吸油率低。不同型號空心玻璃微珠每100g的吸油率在7mg~50mg之間，這種低吸油率的填充材料在生產過程中變相地增加了填充量降低了綜合成本。

硅灰石主要成分為硅酸鈣，密度為2.9g/cm3，折射率為1.63，吸油量為30~50%，具有似針狀結構，且有好的亮度。

粉末涂料一般采用天然硅灰石粉，由天然硅灰石加工制成。硅灰石在涂料中可作為體質顏料和代替部分白色顏料，起遮蓋、增量作用，降低漆的成本。因具有良好的導電性，常用于環氧絕緣粉末涂料。硅灰石為白色針狀結構，可以改善粉末涂料的彎曲和拉伸性能。

三、粉末涂料用粉體填料的發展趨勢

粉末涂料填料都具有極性，而粉末涂料樹脂極性極小，會造成兩者之間兼容性不好，對粉末涂料加工和涂料性能帶來不良影響。因此，通常需要對粉體填料進行物理方法(表面包覆和表面吸附)或化學方法(表面取代、水解、聚合和接技等)處理，使聚集體的顆粒直徑明顯減少或使體系的流動性得以改良，改進涂料的加工性能、表觀質量(如光澤，色澤鮮艷度等)和機械強度。

粉末涂料樹脂與填料比一定時，理論上填料粒徑越小，涂膜表面性能、機械性能越好。若填料粒徑降到與鈦白粉粒徑相近的水平(0.2~0.5μm)，能夠將配方中產生的附聚鈦隔離開來，形成更多的有效分散中心，提高鈦白粉的遮蓋力，這就是微細化填料的空間位隔原理。同樣，微細化填料也可以降低顏料的用量。

最常用的納米材料是納米二氧化硅、納米二氧化鈦和納米碳酸鈣。據報道，納米二氧化鈦具有透明性，能提高涂料的機械性能和紫外線吸收性，應用于汽車罩光清漆，能使粉末涂料耐候性有顯著的提高。由于納米材料是非常細小的顆粒，表面活性相當高，很容易團聚、絮凝，所以納米填料的表面處理、添加方法和分散設備的選擇、納米材料在粉末涂料中的添加量以及如何分散到基料樹脂之中，是納米材料在粉末涂料中應用的關鍵。在粉末涂料配方設計時，可根據產品性能要求選擇不同填料，以達到最佳效果。

功能化粉末涂料發展的方向是改進粉末涂料某些方面的物理、化學、力學性能，或賦予粉末涂料全新的功能。例如高嶺土、硅灰石粉，用于生產電絕緣性粉末涂料，既可降低粉末涂料成本，又可以提高電絕緣性。氫氧化鋁和氫氧化鎂具有阻燃作用，可以制成阻燃性粉末涂料，還可以控制流變性、改進附著力、控制光澤、提高遮蓋力等^[7]。因此，粉末涂料用填料應從單純降低成本轉向其它功能性研究，開發出更多性能優異，價格低廉的新型填料，滿足粉末涂料不斷發展的需要。