【广源集团】非金属矿物填料在涂料中的应用
填料是涂料配方中的重要组成部分，具有显著的骨架填充作用，能调节涂料的流变性能，改善漆膜的机械强度以及调节涂料的光学性能。目前常用的非金属矿物填料主要分为：碳酸盐、硅酸盐、硫酸钡以及二氧化硅等几大类，不同的矿物填料由于成分、晶体结构等物理化学性能上的差异，因此其所起到的功能也不尽相同。由于填料是涂料配方中除水以外成本最低的组份，通过填料体系的调整来改善性能是最经济的一种手段，因此非金属矿物填料在涂料中的应用也受到了越来越多的重视。
1.碳酸盐
涂料中用的碳酸盐类型填料主要以碳酸钙为主，根据生产工艺的不同分为重质碳酸钙和轻质碳酸钙。重质碳酸钙由于其廉价、易得，白度好、吸油量较低、比重适中、分散性好等一系列优点，成为涂料工业中最主要的填充料，被广泛的应用于乳胶漆、防水涂料、防腐涂料、地坪漆、木器漆以及粉末涂料等涂料细分领域。但是，由不同原矿加工生产得到的重质碳酸钙由于存在纯度、颗粒致密性、堆积密度等区别，因此应用在涂料中其遮盖力、耐洗刷、光泽度、加工流动性以及稳定性等都有所区别。一般而言，以白云石为原矿生产的重质碳酸钙最适合用于乳胶漆、粉末涂料、防水涂料等领域中，其遮盖、耐洗刷以及加工流动性、光泽等性能优于其它产品；而以方解石为原矿生产的重质碳酸钙适合用于无机涂料、木器漆、地坪漆等领域中，能有效改善产品的稳定性、打磨性以及防沉等性能。
轻质碳酸钙由于具有优异的悬浮性和干膜遮盖力，早年间被广泛应用于乳胶漆中，可有效改善涂料的存储悬浮性和干遮盖力，但是在轻钙生产过程中如果工艺没有控制好时，常常容易造成游离钙离子超标，引起乳液破乳，从而影响涂料的稳定性，因此在煅烧高岭土问世后，轻质碳酸钙在建筑涂料中的应用越来越少；此外，由于轻钙的吸油量较高，流动性较差，也会用于砂纹粉末涂料产品中。
2.硅酸盐
硅酸盐的晶体结构大都呈片状或针状，是典型的异构型填料，常作为一种补强性填料应用于涂料中，改善涂层的机械和化学性能。目前应用较多的硅酸盐填料为：硅灰石、滑石粉、云母、高岭土以及长石等。
2.1硅灰石
硅灰石的主要成分为硅酸钙，呈针状或纤维状结构，具有良好的绝缘性、介电性能和较高的耐热、耐候性能以及低的吸湿性。其独特的针状结构可以提供优异的骨架填充作用，有效降低涂层的体积收缩，减少内应力，可显著提高涂层的抗开裂性能，同时由于针状结构在堆积的过程中更容易形成相互交叉的立体结构，穿插在高分子链段中，对涂层的附着力以及耐洗刷性能提升明显，可广泛应用于建筑涂料、粉末涂料、防腐涂料以及耐高温涂料等领域中。
2.2滑石
滑石的主要成分为水合硅酸镁，它是自然界中已知的矿物材料中硬度最低的一种，莫氏硬度为1，一般呈片状结构，是一种天然的滑剂，具有润滑性、耐火性、抗酸性、绝缘性、熔点高、化学性质稳定等特点。涂料中添加滑石粉一般主要是利用滑石粉的低硬度带来的打磨性，片状结构的屏蔽性能、尺寸稳定性和优异的力学性能，低假比重带来的优良悬浮性能以及由于滑爽性所带来的优异的施工性能，广泛应用于建筑涂料、木器漆、工业涂料、防水涂料等各类涂料中。
2.3云母
云母是典型的片状硅酸盐填料，涂料工业中主要以绢云母为主，具有径厚比大、绝缘、绝热性能，化学稳定性好，抗强酸、强碱和抗压能力，耐热隔音、热膨胀系数小等显著优点，可提高涂膜的机械强度，增强韧性、附着力、抗老化及耐腐蚀性等性能，被广泛应用于建筑涂料、工业防腐涂料以及阻尼涂料等领域。绢云母用于建筑涂料中主要是改善涂层的抗开裂性能，但是由于绢云母的白度普遍较低，不利于调色，添加量一般都低于5%；在工业防腐底漆中，最主要是利用云母的片状结构，延长腐蚀介质进入基材表面的路径，从而有效提高涂层的防腐蚀性能。
片状填料延长腐蚀介质入侵路径示意图
2.4高岭土
高岭土的主要成分为硅酸镁铝，根据其加工工艺的不同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。
2.5长石
长石是地表岩石最重要的造岩矿物，它是一类常见的含钙、钠和钾的铝硅酸盐类造岩矿物，莫氏硬度6-6.5，呈架状结构，具有更好的填充性能。通常主要应用于玻璃加工领域，涂料中应用主要以钾长石和钠长石为主，利用长石粉的高硬度和高填充性能应用于高固体分重防腐涂料、建筑涂料以及粉末涂料等领域中。
3.硫酸钡
硫酸钡具有比重大（4.0-4.5），性脆，易于超细加工、颗粒致密度高、耐酸碱性能优异以及吸油量低等优点，根据生产方式的不同分为天然硫酸钡和沉淀硫酸钡，天然硫酸钡是以重晶石矿为原料直接采用物理研磨的方式得到，不过，由于重晶石常常与碳酸钙或萤石等伴生，因此高纯度的重晶石矿储量相对较小；沉淀硫酸钡根据合成路线的不同分为芒硝法和硫酸法，目前国内主流沉淀硫酸钡生产企业基本均以芒硝法生产工艺为主。涂料工业中添加硫酸钡最主要的就是利用硫酸钡比重大，吸油量低的优点，被广泛应用于粉末涂料、防腐涂料、地坪涂料以及卷材涂料等领域，提高填充率、光泽度，改善流平性。
4.石英
石英的主要成分为二氧化硅，莫氏硬度为7，具有较高的耐火、耐高温和耐腐蚀性能，热膨胀系数小，且高度绝缘，广泛应用于通讯电子、耐火材料、航空航天以及涂料、橡胶等领域中。涂料中用的石英一般统称硅微粉，主要起到增硬、耐磨、提高耐热温度的功能，被广泛应用于粉末涂料、地坪涂料、建筑涂料和工业防腐涂料等领域中。
结语
总的来说，填料这一词并不能体现出其在涂料配方体系中的全部功能，而更应该将其理解成一种经济、有效的基料补充剂，涂层最终的物理和化学性能是最终选择填料的关键参数。填料选择的正确与否、会在很大程度上影响涂层的硬度、耐化学性、耐腐蚀性、遮盖力、抗冲击性，透水性等性能。
