現(xiàn)代涂料工業(yè)的發(fā)展正快速朝著功能化、高裝飾性、環(huán)保與低成本化方向發(fā)展，而要在每一個(gè)方面有所收獲乃至突破，顏填料性能的改進(jìn)與發(fā)展都是必不可少的。顏料工業(yè)的發(fā)展既含有對(duì)傳統(tǒng)顏填料合成工藝與性能的改進(jìn)，亦包含新型有機(jī)或無(wú)機(jī)顏填料的誕生并獲得應(yīng)用。正是伴隨著顏填料加工、合成與應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，推動(dòng)了近十多年涂料技術(shù)出現(xiàn)了一次又一次的飛躍。然而不管是有機(jī)或無(wú)機(jī)顏填料，它們?cè)谕苛现械淖饔枚紘@著新的功能的誕生與各種迷人的視覺(jué)效果的出現(xiàn)。然而顏料、填料在涂膜中穩(wěn)定作用的發(fā)揮受制約的因素很多，本文從影響顏填料在涂料中應(yīng)用性能的因素入手，闡述顏填料在生產(chǎn)與應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意的一些問(wèn)題，希望能對(duì)顏填料的生產(chǎn)企業(yè)有些借鑒之用。
1 顏填料的顆粒形態(tài)
一般而言，針狀顆粒較球形粒子更具有增強(qiáng)、增韌作用。然而針狀粒子的消光作用遠(yuǎn)較球形粒子為甚，同時(shí)針狀粒子的分散性亦相對(duì)困難，為了保持針狀纖維的增強(qiáng)功能，強(qiáng)剪切的加工過(guò)程將是不允許的，因?yàn)榧羟辛υ酱�，針狀粒子越易折斷，這樣會(huì)導(dǎo)致增強(qiáng)功能下降。而片狀的顏填料應(yīng)用于涂料中能明顯提高涂料的致密性。
多孔結(jié)構(gòu)的顆粒一般較實(shí)心結(jié)構(gòu)的顆粒具有更好的補(bǔ)強(qiáng)功能，但消光作用亦更明顯，這可能與成膜物樹(shù)脂被吸附后在顆粒外表面殘留層厚度有關(guān)，同樣的基料在多孔粒子表面因孔內(nèi)吸附樹(shù)脂而導(dǎo)致膜厚度下降。軟質(zhì)的顏填料一般亦因?yàn)闃?shù)脂容易擴(kuò)散滲透而出現(xiàn)涂膜光澤較硬質(zhì)顏填料低。
顏填料的顆粒形態(tài)體現(xiàn)在吸油量值方面，即直徑大的針狀顆粒、軟質(zhì)顏填料、多孔粉體其吸油值大，較難分散，而球形、硬質(zhì)的顏填料其吸油量相對(duì)較低，分散效率高。
從涂膜補(bǔ)強(qiáng)的角度考慮，含硬質(zhì)粉體、高比表面粉體的涂層耐磨性較好。
2 顏填料的酸堿性
涂料用樹(shù)脂較多呈酸性，堿性樹(shù)脂較少(水性樹(shù)脂除外)。所以顏填料的酸堿性直接影響涂料的加工、貯存穩(wěn)定性，甚至涂料成膜后的物理化學(xué)性能，然而堿性顏填料在與酸性樹(shù)脂反應(yīng)后大多對(duì)涂膜的光澤有些影響。由于酸堿反應(yīng)，涂料的粘度一般都呈明顯增加的趨勢(shì)，有的顏填料在酸性稍強(qiáng)的樹(shù)脂體系中因粘度增加過(guò)大而應(yīng)用受限，如ZnO、鋅黃等。但這些酸堿反應(yīng)后涂膜的性能亦有明顯改變，大多體現(xiàn)在韌性、耐溶劑性，甚至光、熱穩(wěn)定性等。但堿性顏填料的存在對(duì)鋼鐵等金屬的防腐是有益的。
顏填料的酸堿性除與顏填料本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與粉體中殘留的水溶鹽有關(guān)，親水性的水溶鹽的存在不僅使顏填料在涂料出現(xiàn)分散困難，漿料呈現(xiàn)假稠，還導(dǎo)致涂料成膜后的耐水、耐化學(xué)品性下降，所以顏填料的后處理階段，水溶鹽的含量應(yīng)盡可能低。
3 顏填料的含水量
通常情況下，具有極性化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的顏填料在空氣中很容易吸附水，特別是空氣濕度大的時(shí)候。象碳黑，在高濕度時(shí)，含水量甚至可以高達(dá)20%左右。顏填料中水分存在對(duì)其分散穩(wěn)定性影響很大。我們常常發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)空氣潮濕時(shí)，原先很容易分散的顏填料，其在涂料中的細(xì)度卻很難達(dá)到要求，即使細(xì)度在研磨后達(dá)到要求，往往稍經(jīng)放置即出現(xiàn)返粗，甚至在調(diào)漆階段補(bǔ)加溶劑、樹(shù)脂時(shí)即已出現(xiàn)返粗現(xiàn)象，造成這種現(xiàn)象的根本原因在于顏填料表面吸附的水過(guò)多，不僅向顏填料表面擴(kuò)散吸附過(guò)程受阻，而且樹(shù)脂與顏填料之間的相互作用受到極大削弱，此時(shí)，涂料廠家采用添加分散劑或補(bǔ)充極性溶劑的方式解決，但補(bǔ)極性溶劑對(duì)于象聚氨酯這些對(duì)水敏感的涂料是一種禁忌，而分散劑的增加亦意味著涂料制作成本的上升，這些措施在涂料生產(chǎn)過(guò)程中都具有局限性。因而要減少顏填料表面的水含量，最后從顏填料表面改性，粉體包裝等方面考慮，憎水處理的顏填料表面對(duì)水的吸附較弱，而粉體的致密性包裝亦可改變對(duì)水的吸附量。
4 顏填料的表面處理
眾所周知，一般顏填料的表面極性均較高，而成膜聚合物的分子極性均較低，所以為了阻止顏填料對(duì)水的吸附，促進(jìn)顏填料對(duì)聚合物的吸附，改善涂膜的強(qiáng)度，很多情況下需要對(duì)顏填料進(jìn)行改性。然而改性的方法不同，改性劑的結(jié)構(gòu)有異，將直接影響涂料成膜后的各項(xiàng)性能參數(shù)值。解決顏填料的分散性很容易，只要對(duì)其作親油處理就可很好地在有機(jī)涂層中分散，而無(wú)機(jī)顏填料用無(wú)機(jī)氧化物包膜可以提高耐候、耐酸堿、耐溫等性能中的一種或幾種，但這些處理對(duì)顏填料的分散性事實(shí)上的影響很小。對(duì)于有機(jī)涂層而言，涂料中顏填料的細(xì)度遠(yuǎn)比無(wú)機(jī)涂層中的顏填料細(xì)度要求苛刻，這就要求顏填料不僅原始粒徑需要控制外，還需要進(jìn)行親油處理，以防止因吸附水而導(dǎo)致的顆粒團(tuán)聚。顏填料的表面處理，一般文獻(xiàn)介紹的大多為小分子表面活性劑與鈦酸酯、有機(jī)硅、鋁酸酯等偶聯(lián)劑及無(wú)機(jī)硅、鋁、鋯、鈦等包覆，改性劑的用量從0.1%至20%左右不等，很多顏填料在進(jìn)行無(wú)機(jī)包覆的同時(shí)還進(jìn)行有機(jī)包膜。無(wú)機(jī)材料的包膜，從一定程度上改善了材料本身在耐候、耐溫、耐化學(xué)品性上所表現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)已被證實(shí)，而有機(jī)處理的結(jié)果相對(duì)比較復(fù)雜了。筆者曾多年進(jìn)行顏填料的表面處理工作，發(fā)現(xiàn)在不考慮顏填料應(yīng)用時(shí)對(duì)涂料綜合性能影響的同時(shí)，一般有機(jī)表面活性劑的表面包覆吸附均能在一定程度上改善粉體在有機(jī)涂層中的分散性。然而將粉體應(yīng)用于涂料中的一個(gè)重要目的就在于改善涂料成膜后涂層的某些性能，僅僅只在涂料加工中改善其分散性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們?cè)l(fā)現(xiàn)，nm-CaCO3的表面處理劑使用脂肪酸、常見(jiàn)的鈦酸酯、鋁酸酯、有機(jī)硅氧烷偶聯(lián)劑與各類離子型、非離子型表面活性劑后均能非常顯著地提高涂料加工過(guò)程中nm-CaCO3的分散性，然而這些表面處理劑的存在對(duì)涂膜的機(jī)械性能、耐水、耐化學(xué)品甚至耐光性等方面往往是有害的。筆者認(rèn)為可能存在兩方面情況——表面處理劑自身對(duì)光、熱、化學(xué)品等的耐性與表面處理劑、粉體材料、成膜物之間的弱作用力——導(dǎo)致了表面活性劑的引入使部分性能趨于下降。研究中我們還發(fā)現(xiàn)帶有部分反應(yīng)性基團(tuán)的聚合物處理顏填料與小分子處理劑相比明顯具有貯存穩(wěn)定、改善性能(如耐水、機(jī)械性能等)方面的優(yōu)勢(shì)。這可能源于大分子處理劑自身的空間位阻與力學(xué)強(qiáng)度。
5 光學(xué)性能
顏填料的光學(xué)性能包括——著色力、消色力(白色顏料)、干遮蓋、外觀色相等。遮蓋力、著色力或消色力與粉體的粒徑相對(duì)應(yīng).
對(duì)于遮蓋力而言，當(dāng)粒子的直徑在光波長(zhǎng)的一半以上時(shí)，隨著粒徑的下降，顏填料的遮蓋力包括混遮蓋力均得到提高;當(dāng)粒子的直徑小于光波長(zhǎng)的一半時(shí)，粒子越細(xì)，遮蓋力越低。而就著色顏料的著色力或消色力來(lái)說(shuō)，色彩本身來(lái)源于顏料對(duì)光的吸收。雖然對(duì)光的吸收強(qiáng)度與粒子直徑存在一定的關(guān)系，但主要取決于物質(zhì)自身的組成、結(jié)構(gòu)。當(dāng)然著色力或消色力還與粉體顆粒的形狀、粒度分布等相關(guān)聯(lián)。
著色顏料的外觀色相同樣與顆粒的粒徑相關(guān)聯(lián)，隨著粒徑的減少，粉體將從紅、黃色調(diào)向藍(lán)、紫色調(diào)轉(zhuǎn)移。
現(xiàn)代涂料對(duì)外觀要求越來(lái)越苛刻，除一些知名色以外，普遍在追求新奇、艷麗色彩。因而我們?cè)陬伭系闹苽溥^(guò)程中，對(duì)于光譜項(xiàng)上不同吸收帶的顏料組成不要輕易舍去，有些十分復(fù)雜的涂膜外觀色調(diào)說(shuō)不定就是你們?cè)?jīng)淘汰過(guò)的樣品。涂料的顏色隨意性很大，大多數(shù)都是根據(jù)某些人的感覺(jué)作出的判斷，文化背景的不同造就了人對(duì)色彩感覺(jué)的迥異，因而我們?cè)诒３謧鹘y(tǒng)顏料色相穩(wěn)定的同時(shí)，應(yīng)力求完善顏料家族中的光譜系，顏料廠商在推銷自己產(chǎn)品的時(shí)候，應(yīng)盡可能讓技術(shù)人員走向前臺(tái)，讓自己了解市場(chǎng)到底需要什么，如何向客戶介紹自己的產(chǎn)品。事實(shí)上我們合成的每一種色調(diào)在涂料市場(chǎng)上都有自己合適的位置。
部分顏料在合成過(guò)程中往往同時(shí)伴生其他色調(diào)的副產(chǎn)品或顏料分子本身的同分異構(gòu)體，如：大紅粉、酞菁綠等，如果無(wú)法將雜色除去，可否考慮對(duì)體系進(jìn)行有機(jī)處理，實(shí)現(xiàn)不同顏色的均勻混合，減少諸如象金光這些不良現(xiàn)象的產(chǎn)生。
隨著涂料工業(yè)的發(fā)展，涂料對(duì)顏填料的要求也變得越來(lái)越苛刻了，這就需要從事顏料研究的技術(shù)人員具有更開(kāi)闊的視野與思維走向，否則我們的顏料工業(yè)可能永遠(yuǎn)只能在國(guó)外品牌的陰影下生存，民族顏料工業(yè)的發(fā)展則將危矣。
