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涂料化工中常用填充剂种类介绍

信息来源:paintkey.com  时间:2010-04-02  浏览次数:118

  (1)碳酸钙
  碳酸钙是目前最常用的无机粉状填料。从填料角度碳酸钙可分为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、胶质碳酸钙、一般常用轻质碳酸钙。
  从天然矿物角度碳酸钙又可分为方解石型、霰石型等结晶形态。碳酸钙为无臭、无味的白色粉末,在酸性溶液中或加热至825℃就分解为氧化钙和二氧化碳。碳酸钙资源丰富,在一般填料中属于廉价填料。碳酸钙无毒,白度大,无活性。
  ①轻质碳酸钙
  这是用化学方法制造的碳酸钙,学名叫沉降性碳酸钙。
  ②重质碳酸钙
  是指由石灰石经选矿、粉碎、分级、表面处理而成的碳酸钙。它不像轻质碳酸钙那样,经过化学反应制得。重质碳酸钙也叫三飞粉,是无味、无臭的白色粉末,几乎不溶于水。
  ③胶质碳酸钙
  是一种白色细膩、软质粉末,与轻质碳酸钙不同之处,是其粒子表面吸附一层脂肪酸皂,使碳酸钙具有胶体活化性能,相对密度小于轻质碳酸钙,为1.99~2.01。
  还有一种新的无定形碳酸钙,形状有薄片状、柱状六方晶系等。比表面积特别大,约为600平方米/克,比普通碳酸钙的比表面积大20倍左右,溶解度也高30倍左右,10%的悬浊液pH值为6~8。
  碳酸钙按粒度分级规定为:
  粒径为1?5微米时,称之微粒碳酸钙;粒径为0.1?1微米时,称之微细碳酸钙;粒径在0.02~0.1微米时,称之超细碳酸钙;粒径小于0.02微米时,称之超微细碳酸钙。
  目前生产超细级碳酸钙多采用连续喷雾碳化和喷雾干燥工艺(即双喷工艺),这样可使碳酸钙表观团粒(平均粒径为12微米)微细化,且粒子表面活化均匀。
  当粒径为0.005?0.02微米时,其补强作用与白炭黑相当。
  (2)滑石粉
  滑石粉是纯白、银白、粉红或淡黄的细粉,不溶于水,化学性质
  不活泼,性柔有滑膩感,是典型的板状填料。其晶体属单斜晶系,呈六方形或菱形,常成片状、鳞片状或致密块状集合体,片状解理极完全,滑石粉化学成分为含水硅酸镁,是由基本单位组成的集合体,再形成上下层,层间靠微弱的范德华力结合着,所以施加外力易在层间剥离、滑脱。
  滑石粉作为塑料填料,可提高制品的硬度、耐火性、抗酸碱性、电绝缘性、尺寸稳定性、耐蠕变性。但由于不同产地滑石的化学成分、结晶构造不同,则填充塑料的性能也不相同。滑石粉由于是板状填料,所以填充塑料时制品的刚性大,各向异性小,可用于加工大型和平面制品材料。
  (3)云母
  云母是层状复杂的铝硅酸盐的总称。
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  由于云母的化学结构不同,因此有许多种类。作电气绝缘材料通常使用硬质云母,也叫白云母,作为发电机整流垫片的软质云母,叫金云母。除此以外,还有红云母、黑云母等。开采这些云母后剩下的碎片、粉末等再经过加工、分级、过筛均可作为塑料填料用。
  云母属于单斜晶系,成假六方片状,云母集合体是鳞片状,具有玻璃光泽。根据塑料制品的性能要求,可将上述数种云母中的一种磨碎成一定粒度的粉末,然后填充聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚酯、ABS等热塑性塑料,还可填充酚醛树脂、环氧树脂等热固性塑料。云母填充后,可大大提高塑料制品的拉伸弹性模量和弯曲弹性模量,这就是把云母作为增强填料的理由。
  (4)高岭土
  高岭土属于黏土中的一种,即黏土矿物的粉末,又称瓷土,主要由高岭石微细晶体组成,是各种结晶岩(如花岗岩)等破坏后的产物。
  作为塑料填料,高岭土具有优良的电绝缘性能,可作为聚氯乙烯电线包皮,聚乙烯、聚丙烯电缆,薄膜复合材料。例如在聚氯乙
  烯中加入重量为10%的高岭土,可提高电绝缘性能5~10倍。高岭土还可掺入到聚苯乙烯基的薄膜复合材料中,用来制造印刷纸张。
  高岭土作为聚丙烯的结晶成核剂,效果较好。
  蒙脱土像高岭土一样,也是黏土中的一种,其主要成分是膨润土,化学组成为:SiO272%,Al2O314%,Fe2O32%,CaO2%,MgO2%,其他FeO、K20、Na20、MnO、Ti02、P205各占千分之几或万分之几。每层的厚度约1纳米而且刚性还好,层间还富有可交换的Na+、K+、Ca++、Mg++等水合阳离子,可与其他有机阳离子进行交换,使层间距发生变化。
  由于蒙脱土的插层效应,可制作各种纳米塑料,如蒙脱土纳米尼龙塑料,许多性能得到大大提高,目前这方面研究已成为热点项目。
  (5)二氧化硅
  二氧化硅在地壳中分布最多,占地壳氧化物的60%左右,大部分形成硅酸盐矿物岩石,一部分是以石英、硅石、硅砂、无定形硅石堆积而成。将这些岩石粉碎、分级、精制或用化学反应合成的二氧化硅都可作为塑料填料。一般天然硅石价廉、粒径较大,而合成出来的二氧化硅价格较高、粒径小,是一种超微粒子填料。
  合成出来的二氧化硅呈白色无定形微细粉状、质轻,其原始粒子在0.0003毫米以下,吸潮后聚合成细颗粒,有很高的绝缘性,不溶于水和酸,溶于苛性钠及氢氟酸。在高温下不分解,多孔,有吸水性,内表面积很大,具有类似炭黑的补强作用,所以也把这种合成出来的二氧化硅叫做白炭黑。
  (6)二氧化钛
  二氧化钛俗称钛白粉,是一种白色颜料,后来作为塑料填料使用,钛白粉中的二氧化钛约占97%,它具有优良的光学性能及物理、化学稳定性能,二氧化钛无毒,平均粒径0.1微米,在电子显微
  镜下观察呈球状结晶,其产量也较大。
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  根据晶型结构二氧化钛可分为锐钛型、金红石型、板钛型。在工业上常用前两种。
  金红石型二氧化钛作为塑料填料效果较好,它能使光的反射率增大,保护高分子材料内层免遭紫外光线的破坏,从而起到了光屏蔽剂的作用。另一个明显的作用是可作白色颜料,使制品达到相当高的白度,此时也可和其他填料并用,提高材料的寿命。添加二氧化钛可提高材料的刚硬度、耐磨性。
  (7)赤泥
  赤泥是氧化铝厂的废渣,即用铝土矿生产氧化铝时所排放出来的废渣,随着原料、工艺条件的不同,则赤泥的名称也不相同。有拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥。
  赤泥作为塑料填料,可大大降低塑料制品的成本,还可作为廉价的热稳定剂和光屏蔽剂,提高耐光、热老化性能,延长塑料制品的寿命,从宏观热机械性能、热分解速度、热变形时间等结果看,赤泥聚氯乙烯复合材料的热稳定性能比普通聚氯乙烯制品好,其使用年限一般比普通聚氯乙烯长2-3倍,这就是目前赤泥聚氯乙烯复合材料引起人们重视的原因。
  (8)粉煤灰
  粉煤灰是热电厂所排放出来的废渣,该渣属于一种烧黏土类、火山灰质材料,其化学成分中SiO2和Al2O3是其主要活性成分。由于原料煤的化学成分不尽相同,因此粉煤灰的化学成分也差别很大,尤其是硅铝比值高达到6或低到1。
  粉煤灰平均粒径80微米,相对密度2.0~2.4,容重0.995克/立方厘米,熔点1250~1450℃,比表面积8000~15000平方厘米/克。
  粉煤灰作为塑料填料,由于其中含有圆而光滑的微珠,颗粒间聚集力很小,加工时易分散到树脂中,分布比较均匀。
  (9)硅藻土
  硅藻土是由水生微细硅藻细胞遗骸堆积而成的一种生物化学沉积岩,其主要成分为二氧化硅。它含有许多细孔,是一种具有许多不同形状、独特结构的碎片集合体,性质柔软,多孔而轻。硅藻土可作聚烯烃的防止粘连剂,作轻质、隔音、隔热的建筑用塑料复合材料,但缺点是吸油量较大。
  (10)硅灰石
  天然硅灰石具有β型硅酸钙化学结构,是针状、棒状、粒状各种形状粒子的混合物,热膨胀系数为6.5×10-6/度,吸油吸水少,化学稳定性能及电绝缘性能较好,成本低廉。可将天然硅灰石粉碎、分级、精制而成为塑料填料用,若塑料填料要求性能较高时,可用合成方法制备硅灰石,即将二氧化硅和氧化钙进行加热制备。用化学反应合成的硅灰石结构为α-硅酸钙,硅酸钙一般具有粒状形态。
  硅灰石作为塑料填料,可用于增强尼龙、聚丙烯等,因它对塑料具有一定的补强作用。
  (11)玻璃微珠
  玻璃微珠可以从粉煤灰中提取,根据密度大小不同,采用风选或水选方法进行提取。从粉煤灰中提取的玻璃微珠占灰重的20%~70%,其中又分为漂珠和沉珠两种。
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  玻璃微珠也可用人工方法制作。
  玻璃微珠作为塑料填料,由于其表面光滑、球状、中空型、密度小,所以使得制品的流动性能好,残留应力分布均匀,常作为标准型填料。
  (12)硫酸钡和硫酸钙
  硫酸钡可分为两种:一种是天然硫酸钡,即重晶石粉,白色或灰色粉末,粒子较粗,粒径一般为2~5微米,性脆,pH值4.5。
  另一种是合成硫酸钡,也叫沉淀硫酸钡,是无色斜方晶系结晶
  或无定形白色粉末,几乎不溶于水、乙醇及酸,溶于热浓硫酸中,干燥时易结块。添加硫酸钡,可改良硬度,并能提高耐酸性。硫酸钙也叫石膏,它可分为两种:一种是天然石膏(CaSO4·2H20),含硫酸钙57%~79%,分解温度128~163℃,粒径1~40微米,平均粒径4微米,呈浅黄色圆柱状结晶,吸热量164卡/克,含结合水20.1%。另一种是硬石膏(CaSO4),也叫沉淀硫酸钙,含99.0%,相对密度为2.95,粒径0.2~10微米,平均粒径1.0微米,作为塑料填料,可提高制品的尺寸稳定性。
  (13)炭黑
  炭黑是一种轻松而极细的无定形炭粉末,可由石油、天然气、油脂等含炭较多的有机化合物经不完全燃烧或热分解来制取。制备方法有炉法或槽法等。
  加入炭黑除能改善制品的导电性能外,由于炭黑还具有光屏蔽作用,所以可提高制品的耐光老化性能。
  (14)污泥废渣
  制糖厂滤泥废渣、硫酸厂制酸污泥、炼铁厂矿渣泥、硼砂泥、制碱厂苛化泥、造纸厂白泥,还有泥炭等经过处理加工都可以作为塑料填料。这种用滤泥和污泥作填料的聚乙烯、聚氯乙烯复合材料可用来制造外观要求不高的农用管道、水勺、粪勺等。各种废渣的化学成分差异很大,且含水量高,对制品性能影响很大,使用之前最好进行烘干处理。
  (15)油页岩灰
  油页岩灰是一种含油母的褐色矿石,它由矿物质和有机质组成,有机质中氢含量较高。
  用作填料的油页岩灰分两种:一是经高温燃烧后的颗粒,呈棕红色,即为棕灰;另一种是经低温干馏后的颗粒,呈黑色,即为黑灰。
  其平均粒径30微米,比表面积26~50平方米/克,密度2.69
  克/立方厘米,吸油值0.35~0.5,PH值5~7.5。填充PVC。效果优于普通碳酸钙填充体系,户外使用性能较好,因有增塑作用,使得薄膜制品柔软光滑。
  (16)有机物填料
  有机物填料一般分天然有机物和合成有机物两种。天然有机填料有木粉、果壳粉及棉、麻、稻等农林产业的副产品。
  木粉最早应用于热固性塑料(如酚醛树脂),后来在热塑性塑料中也获得了应用。木粉呈针状或纤维状,粒度一般为20~80目,作为塑料填料时,使制品具有木材性质,比无机填料轻,所以可降低制品的密度。
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  玉米淀粉作为聚乙烯填料,目前发展也很快,一般玉米淀粉先制成加工母料,淀粉用量50%左右,然后再添加到LDPE中去,可代替纸张作包装薄膜。或作降解塑料用,但效果不太理想。
  合成有机填料是指:人造纤维、聚丙烯腈纤维、尼龙纤维、芳香族尼龙纤维等,常用于增强塑料中。
  (17)金属粉末
  金属粉末也可作为塑料填料,如铁粉、铅粉、铜粉、铝粉、锌粉等;粉末细度一般采用325目。在聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺中,加入青铜粉或铝粉,可获得导热、导电性能良好的塑料制品。
  在塑料中加入铅粉可制出能屏蔽中子及γ射线的制品,加入金属粉末可提高材料的耐磨性及负载能力。
  (18)其他填料
  硫化钨、硫化铅、二硫化钼等作为塑料填料,可提高材料的自润滑性及耐磨性。
  石棉纤维用气浮细粉法制造,是一种含水硅酸镁,石棉纤维较长,强度和挠性较大,相对密度为2.56,灰色,折射率1.52,具有优良的耐磨、耐酸碱性能。作为塑料填料可提高制品的刚性、尺寸稳定性及高温时的防蠕变性。一般石棉的添加量为30%左右。
  氧化铁等磁粉作为塑料填料,可使塑料具有磁性,以供特殊用途,如电冰箱门上的磁封条等。
  矿棉是一种合成填料(高炉的副产物),具有化学惰性,可代替石棉纤维或与石棉纤维并用作填料。例如将其加入聚丙烯中可提高制品的机械性能及耐热性能。
  三氧化二铝粉末填充环氧树脂,可降低材料的热膨胀率,并能提高剪切强度。
  丝钠铝石为氧化铝厂产物,与氢氧化铝结构不同,前者为针晶链结构,属于一种微纤维结构,而后者为板状结晶。丝钠铝石兼有阻燃、增强两种特性,此外填充ABS,可使电镀层耐久。
  稀土除作聚氯乙烯的热稳定剂外,其尾矿还可以作为填料用,例如填充PVC、PE等。降低材料成本,稀土填充聚四氟乙烯,可提高耐磨性。
  硅铝炭黑是以煤矸石为原料制作的填料,其中含有无机矿物(硅铝酸盐),又含有有机化合物(芳杂环化合物)的复合填料。相对密度小于2.23,吸油值低0.4毫升/克,相容性好,呈黑灰色,适用于PVC深色制品,提高发泡倍率。
  用钛酸锆酸铅填充聚偏二氟乙烯,或填充聚甲醛成为驻极体,这两种复合材料都是具有高压电性的压电材料。
  用镀锌铁网或黄铜网填充尼龙、ABS、PC、PP等可作屏蔽塑料。
  陶瓷粉填充聚乙烯可作阻隔性制品。
  炼铜厂废渣红泥粉也可填充PVC制品。
  其他:斜发沸石粉、叶蜡石粉、粉石英、粗孔状硅胶、菱苦土、黄土等均可作为塑料填料。
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  (19)多组分填料
  有时一种填料很难达到制品性能的要求,如在聚氯乙烯中添加长径比20~300的云母后,则刚性提高,而冲击强度却下降了。
  这时再用1微米以下的碳酸钙进行补强,就可防止冲击强度的下降。一般粉状填料与纤维状填料并用,可促使塑料制品的机械性能平衡,如玻璃纤维加无机矿物粉状填料、碳纤维加氢氧化铝等,也可在玻璃纤维中加入石棉纤维。在聚丙烯中加入20%的弹性体及35%的矿物填料,可用来制作汽车零件。在聚氯乙烯中加入12%~40%的石棉纤维及20%左右的矿物填料,可用来制造塑料石棉砖。在聚氯乙烯中加入少量轻质碳酸钙及大量木粉可降低制品的密度。
  又如将非等量的碳酸钙和滑石粉混合,并以10%~45%的添加量填充于聚丙烯中,其分散性好,而且产生一定的协同作用,其力学性能优于使用单一填料。
  有机填料如木粉、麦秆粉、玉米秆粉、稻壳粉;无机填料如碳酸钙、滑石粉、石膏粉;两种填料按一定比例混合,填充于PVC及PE制品时,既可吸取填充有机填料机械强度好的优点,又可保持填充无机填料吸水性小、线胀系数小的优点。
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