众所周知,涂料一般由四种基本成分:成膜物质(树脂、乳液)、颜料(包括体质颜料)、溶剂和添加剂(助剂)。其中颜料在涂料中主要起到赋予涂层色彩和提供遮盖力的作用。颜料可以分为着色颜料和体质颜料,前者主要负责色彩表现,而体质颜料也称填料,主要用于改善涂层的厚度和功能性,高岭土等非金属矿粉体在涂料中大多用作体质颜料。
高岭土是带有结晶水的无机硅酸盐,质软、有滑腻感,较易分散水中。以高岭土为基础的颜料具有不牺牲遮盖力、光泽、铅笔硬度、柔韧性和其它性质,还能使其性能得到改善的能力。
根据其加工工艺的不同,高岭土分为水洗高岭土和煅烧高岭土两类,水洗高岭土其白度较低,在涂料中一般主要用于乳胶漆中起到改善施工性能的作用,而煅烧高岭土经过高温煅烧后,白度得到较大幅度的提升,且粒径较细,具有优异的悬浮性和干膜遮盖力,是钛白粉最佳的延展剂之一,因此在乳胶漆中可以起到抗沉淀、增加干膜遮盖力、降低部分钛白粉的功能。但是,由于煅烧高岭土的吸油量较大,因此添加量过大时对涂层的耐洗刷性能影响较大。此外,由于煅烧高岭土偏酸性、杂质含量少以及化学稳定性好的特点,与阴极电泳槽偏酸性的使用环境适配,因此成为阴极电泳涂料的首选填料。高岭土在涂料中最主要的六大作用如下:
1、提高涂料遮盖力
高岭土以一定的比率加入到涂料中,可以提高涂料的遮盖力,减少透光度,使涂料更加均匀和光滑。高岭土添加剂已在几乎所有类型的水性和溶剂型涂料中被用于对许多种颜料进行延展。陈亦可从矿源选择、加工方法、配方改进等方面入手,做了一系列试验,分别用高岭土和碳酸钙在水性涂料中代替15%的钛白粉,最后结果显示,在很大的对比颜料体积浓度范围内,采用高岭土取代15%的钛白粉,涂料体系的遮盖力基本没有改变;而且在相同的用量下,高岭土比碳酸钙具有更佳的遮盖力。
2、增强涂料的硬度和耐久性
高岭土还可以在涂料中充当填充剂和增强剂的角色。由于高岭土的颗粒细小且具有强大的结构稳定性,可以降低涂料的膨胀系数,并增加涂料的硬度和耐久性。因此,高岭土广泛应用于需要耐久性和韧性的装饰涂料和工业涂料。
3、提高涂层反射率和颜色强度
高岭土具有亲水性,故易于分散,颗粒容重较小,悬浮性能良好,可以将光反射的能力最大化,产生更好的反射效果,从而改变涂料的光泽度。通过添加适量的高岭土,可以使涂料呈现出亚光或哑光的效果,增强涂料的装饰效果。这就使得涂料的外观更具有良好的光泽和鲜艳的颜色。美国Enge Lhard公司曾以一种明亮型细粒高岭土产品取代了17%的酚菁绿颜料和14%的钛白,所得涂层具有高反射率和颜色强度。这是因为高岭土粒子改善了颜料粒子之间的间隔。
4、提高涂覆能力和抗滴落性
高岭土在涂料工业中还被广泛应用作为增稠剂。由于高岭土具有吸水性和胶凝性,它可以吸收涂料中的溶剂,并形成凝胶状结构。这种凝胶状结构可以增加涂料的粘稠度,并防止颜料和溶剂的分离。高岭土的增稠作用提高了涂料的涂覆能力和抗滴落性,使涂料更易于施工和使用。
5、提高涂料的稳定性
由于高岭土具有细腻的颗粒和高的比表面积,它可以增加涂料的体积,并改善涂料的流动性和分散性,在涂料中起到稳定分散剂和抗沉性剂的作用。高岭土的稳定分散剂作用可以保持涂料的颜色和质地稳定,并延长涂料的使用寿命。高岭上的抗沉性剂作用可以防止涂料在长时间储存过程中发生不均匀和分层现象,提高涂料产品的稳定性。
6、降低成本
作为填充剂,在涂料中加入一定量的高岭土取代昂贵的钛白粉可以提高涂料的遮盖力。有企业曾在一种建筑用醇酸漆中以一种高亮度细粒高岭土添加剂取代了8-10%的各色颜料,结果油漆性能几乎未发生任何变化。
杜雅琴等以煤系高岭土矿为原料,丙三醇为插层剂,采用超声辅助液相插层工艺,经湿法球磨、喷雾干燥、旋风分离、950℃煅烧6小时后制备煤系高岭土,并以所得煤系高岭土为原料制备水性环氧内墙仿瓷涂料,并和市场上的同类产品进行对比研究,结果表明:采用超声辅助液相插层法制备的高岭土其形貌、粒度、白度与钛白粉相近,优于市售同类产品;与钛白粉按质量比4:6掺杂制备涂料时实现了协同效应,在白度、遮盖力、耐紫外、耐干擦、耐冷热循环方面都优于市售高岭土和钛白粉复配效果,可显著降低涂料成本。