填料又稱為填充料,即添加入材料(如塑料、橡膠、膠黏劑、造紙、塗料、化纖、電力電子、陶瓷、玻璃、耐火材料、膠凝材料、油墨等)中作填充用的一類材料。是一種相對惰性的材料,它對材料可起到降低成本、改善性能、改進工藝特性等作用。
填料可分為兩種:一種是為了降低成本,將廉價材料添加在價格較高的材料中,並不改變材料性能的惰性填料;另一種是功能性填料,具有特殊的功能,如電絕緣、導電、磁性、阻燃、抗靜電和補強等,加入後使材料性能得到改善。
填料應用領域寬廣、品種繁多,具有多種分類方法。按物質成分分為有機填料與無機填料,或礦物填料、植物填料、合成填料三大類。
顆粒是填料存在的形式,顆粒的形態並不十分規則,但不同填料的幾何形態有著顯著的差別,不同填料的顆粒形態對製品的性能有顯著的影響。按礦物顆粒的幾何形態分類
在填料改性中填料的化學組成決定著填料的本質,尤其是賦予材料功能性時,其填料的化學組成起著決定作用。美國學者Hurlbut將填料的化學組成按氧化物、鹽、單質和有機物四大類劃分。
從理論上講,作為填充材料能夠用於塑料的粉體材料的種類很多。但從經濟、技術方面都不存在障礙的品種並不多,主要是碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、雲母粉、矽灰石粉以及具有特殊功能的石墨、水鎂石粉、重晶石粉或沉澱硫酸鋇、木粉和金屬粉末等。
可作為礦物填料的礦種很多,用途也很廣,按填料的應用領域可分為塑料填料、橡膠填料、造紙填料、塗料填料、油漆填料等10多種填料。
塗料是以油脂類、合成樹脂類、橡膠類、高分子黏結劑等為主要原料製成的塗飾材料。塗料的基本成分:成膜物質、顏料包括體質顏料(填料)、輔助材料(助劑)、分散介質(溶劑或水)。添加填料除了可以降低成本外,還可以改善塗料的施工性能,提高塗膜耐水、耐磨和耐溫性等。
常用的體質顏料:碳酸鈣、硫酸鋇、高嶺土、二氧化矽、滑石、矽灰石、雲母、石棉等。
此外,體質顏料的粒徑、粒子形狀、吸油量、密度和改性(表面處理、煅燒等)的主要物理特性將對塗料的性能產生影響。
塗料中使用填料能夠起到:
1、在塗料中起骨架、填充的作用,增加漆膜厚度,使漆膜豐滿堅實。
2、能夠調節塗料的流變性能。
3、改善漆膜的機械強度,如提高耐磨性和耐久性。
4、調節塗料的光學性能,改變塗膜的外觀、如消光等。
5、成膜物質發生化學反應,使之成一個整體,使塗膜能有效地阻擋光線的穿透,提高其耐水性和耐候性,延長塗膜的使用壽命。
6、作為塗料中的填充劑,減少樹脂用量,降低生產成本。
7、對塗膜的化學性能起輔助作用,如增強防鏽、抗溼、阻燃性等。
塗料中常用的填料有碳酸鈣(重鈣、輕鈣、納米鈣)、重晶石粉(硫酸鋇)、滑石粉、高嶺土(瓷土地)、多孔粉石英(二氧化矽)、白炭黑、沉澱硫酸鋇、雲母粉、矽灰石、膨潤土等。
碳酸鈣
碳酸鈣是塗料生產中重要的填充劑。碳酸鈣在漆膜中起骨架和底板(鋼板、木質)的填平作用,增強漆膜沉積性和滲透性。
滑石粉
滑石粉是溶劑型塗料中一種通用型填料。目前在各種底漆、中間塗料、路標漆、工業塗料以及內外用建築塗料中應用。
高嶺土
高嶺土是國外塗料工業廣泛採用的填料之一。常見用於塗料的高嶺土包括超細高嶺土、煅燒高嶺土、活性高嶺土(經表面改性處理)等。高嶺土可用於各種塗料中,但以水性建築塗料為主。
石墨
天然石墨因具有片狀結構和良好的遮蓋率,可用於鋼結構維護塗料中,它的良好導電性和黑顏色,使它可用於電子計算機電屏蔽塗料中,這種塗料可含高達75%的石墨。另一種用途是防靜電地板塗料。它可用於耐熱塗料、底漆、封閉塗料以及耐水塗料,由於耐光性好,可用於汽車油漆中,作為一種效應顏料。
矽灰石
矽灰石的主要成分為偏矽酸鈣(CaSiO3),具有似針狀結構,且有好的亮度、折射率(1.62)和相對低的吸油量(20~26g/100g)
針狀結構的矽灰石(長徑比為10:1~20:1),在塗料中可起平光劑的作用,改進塗膜機械強度,有時在增強性塗料中代替有害的石棉。塗料中一般多用於較細粒級(如325目)和微細級(10um)矽灰石粉,因為有利於塗料遮蓋力的發揮。可用於油性建築塗料、吸聲(隔聲)塗料、路標漆、聚乙酸乙烯乳膠漆等。表面處理的矽灰石可用於工業醇酸、環氧等防腐蝕塗料中,提高金屬底漆的防腐蝕性,並部分取代活性防鏽顏料。
紙的基本物理組成是紙漿、填料和添加劑。紙漿多由植物纖維原料提供,形成網狀形態,其間的大部分空隙由礦物填料充填,能提高紙張的不透明度和亮度,改進紙面的平滑度,改進紙張的柔軟性和可塑性,降低紙張的吸溼性和變形程度。加填後的紙張吸墨性能較好,適印性較強。填料用量在5%-35%不等。填料的添加可以降低造紙成本同時可以起到改善性能的作用。
塗布顏料用於紙面處理,主要是為了改善紙張的表面性能,提高紙張的適印性,其次是為了裝飾紙面,提高紙張的裝飾效果和使用價值。其主要成分是顏料,此外還有膠黏劑和各種化學輔助劑。顏料在塗料中所佔的質量分數一般在70%- 90%之間。
造紙常用的礦物填料與顏料:碳酸鈣、高嶺土(包括水洗高嶺土、煅燒高嶺土)、滑石、二氧化鈦(鈦白粉)、二氧化矽、氫氧化鋁、鋁矽酸鹽等。阻燃無機填料氫氧化鎂、氫氧化鋁。
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