絹云母粉在涂料中的功能機(jī)理及應(yīng)用
本文簡述了絹云母粉在涂料中的應(yīng)用特點，并就絹云母粉應(yīng)用于涂料中能增強(qiáng)涂膜耐候性，提高涂膜強(qiáng)度和抗水性的功能機(jī)理做了簡要的理論分析及應(yīng)用實驗。
一：絹云母粉的礦物特性
絹云母粉屬云母類礦物，是一種片狀細(xì)粒白云母，結(jié)構(gòu)呈二八面體，即由兩層硅氧四面體和一層鋁氧八面體構(gòu)成，四面體的頂氧（活性氧）與附加陰離子（ＯＨˉ）位于兩層六面網(wǎng)的中央，構(gòu)成活性結(jié)晶水基團(tuán)（見圖1）。（001）解離完全，可劈成極薄的片狀，徑厚比大、富彈性、耐高溫（600℃以上）、耐化學(xué)品腐蝕性強(qiáng)，對紫外線具有極佳的屏蔽作用，外表呈絲絹光澤，手感細(xì)膩潤滑。
另外絹云母的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與高嶺土相近，又具有粘土礦物的某些特性，即在水介質(zhì)及有機(jī)溶劑中分散懸浮性好、色白粒細(xì)、有粘性等。因此，絹云母粉兼具云母類礦物和粘土類礦物的多種特點，其應(yīng)用于涂料中，可以大大提高涂膜的耐候性、抗透水性、增強(qiáng)涂膜與基質(zhì)附著力和涂膜強(qiáng)度，改善涂膜的表觀。同時染料粒子易進(jìn)入絹云母粉的晶格層間，從而保持顏色長久不褪色。此外絹云母粉還具有抗藻防霉的功能，國外常用于船舶和海洋涂料。因此，絹云母粉對涂料而言是一種價格性能比優(yōu)異的多功能填料。
絹云母粉是選擇高品位、高白度的優(yōu)質(zhì)云母礦產(chǎn)資源而制作的一種原料，通過濕法分級提純等工藝而制得，絹云母粉的細(xì)鱗片狀晶體結(jié)構(gòu)和絲絹光澤在加工過程中沒有絲毫的損傷；同時具有較佳的松散密度和高徑厚比的顯著特點，因此濕法絹云母粉與傳統(tǒng)干法生產(chǎn)的絹云母粉相比有著本質(zhì)的區(qū)別和不可比擬的優(yōu)點，具體性能差異如下：生產(chǎn)工藝干法粗磨、濕法超細(xì)，其絹云母粉含量含量40～60％、濕法生產(chǎn)的含量75～95％，粒度干法工藝生產(chǎn)的為125～25μ、濕法生產(chǎn)的為30～5μ，干法工藝生產(chǎn)的白度為65～72、濕法生產(chǎn)的為75～85，干法工藝生產(chǎn)的懸浮性差、易沉淀、濕法生產(chǎn)的好、附著力強(qiáng)。
二：絹云母粉在涂料中的功能作用及機(jī)理分析
在涂料中，添加濕法超細(xì)絹云母粉，其功能作用主要表現(xiàn)為：
（一） 提高涂膜的耐候性
取用摻與不摻絹云母粉的同一顏基比的同一配方的建筑涂料，進(jìn)行人工耐老化的檢測，檢測結(jié)果如下：未添加絹云母粉的涂料在250小時后開始變色、粉化。添加5％絹云母粉的涂料在1000小時開始變色，未粉化。
備注：實驗品種為同一顏基比、同一涂料配方
實驗檢測結(jié)果表明，在建筑涂料中添加絹云母粉，能使涂料的耐候性指標(biāo)大幅度提高。其機(jī)理是絹云母粉具有極強(qiáng)的消光屏蔽功能，可以反射近90％的紫外線，而絹云母粉對紫外線的屏蔽作用主要與兩個因素有關(guān)：
（1）晶體的偏光效應(yīng)
美國的Ｈ.Ｓ.卡茨等認(rèn)為：無機(jī)填料的消光性能決定于礦物晶體的取向不同，決定于其吸收或反射紫外線的能力。絹云母粉礦物結(jié)構(gòu)屬單斜晶體系，有三個結(jié)晶軸Ａ、Ｂ、Ｃ（見圖2），Ａ軸與Ｃ軸之間的夾角為93°，Ｂ軸垂直于Ａ軸和Ｃ軸。絹云母粉有三個主折射率：Ｎｇ＝1.588～1.615?Ｎｍ＝1.582～1.611?Ｎｐ＝1.562～1.572?光性方位：Ｎｇ平行于Ｂ軸，Ｎｍ與Ａ軸之間有3°夾角，Ｎｐ平行于Ｃ軸。光率體圖（圖2中心）：由Ｎｇ－Ｎｐ面（直立），Ｎｍ－Ｎｇ（水平面）Ｎｍ－Ｎｐ?縱切面?三個橢圓切面組成，Ｎｇ－Ｎｐ橢圓切面有兩個光軸，稱為光軸面（Ｎｇ－Ｎｐ）?以Ｎｐ?ｃ軸?為平分線，夾角2Ｖ＝15°～30°白云母的光軸為30°～50°。無機(jī)礦物的消光作用程度與光軸角有關(guān)，光軸角越大，灰暗度越淺，干涉色越高；光軸角越小，灰暗度越高，消光作用越好。所以絹云母粉礦物屏蔽紫外線，微波的作用要好于白云母，比其它無機(jī)填料更優(yōu)越。
另外遮光效應(yīng)與礦物的排列有序度有關(guān)，顆粒狀、纖維狀礦物在涂膜中排列無序，取向隨意。而片狀絹云母粉在涂膜中具有高度的定向性，一般為平行排列，上下重疊，當(dāng)上下兩薄片的光軸面（Ｎｇ－Ｎｐ）相互垂直時將會產(chǎn)生全消光，斜交時產(chǎn)生干涉色。
（2）層間水分子的干涉效應(yīng)
絹云母粉晶體中含有結(jié)晶水，比白云母高2％，結(jié)晶水的折光率1.33，而鋁硅酸鹽的折光率為1.522～1.615，兩者相差較大，折光效應(yīng)較強(qiáng)，絹云母粉結(jié)構(gòu)中層與層之間間距約為10ｍｍ，與紫外線和微波的波長相近。當(dāng)自然光穿過絹云母晶體時，因晶體偏光振動，將光分解成光速不等的Ｎｇ、Ｎｐ兩偏光，再穿層時再分解，導(dǎo)致Ｎｇ′Ｎｐ′相重合在一個偏振面上，偏振光能量逐次衰減至零時，則完全屏蔽，出現(xiàn)消光。
（二） 提高涂膜的機(jī)械性能和抗透水性
在涂料中添加濕法超細(xì)絹云母粉粉，涂膜的表觀光澤和機(jī)械性能均有所提高，尤其是抗透水性同比提高3倍以上。其機(jī)理主要是絹云母粉具有高縱橫比的晶體片狀結(jié)構(gòu)，而且無論超細(xì)至何種程度均為片狀結(jié)構(gòu)。無機(jī)礦物在涂料中對涂膜強(qiáng)度，遮蓋力的作用與礦物的物理形狀有關(guān)，一般按下列順序遞減：片狀＞纖維狀＞柱狀＞粒狀，另外絹云母粉具有活性羥基基團(tuán)，容易與乳膠液、溶劑中分子鏈相結(jié)合、纏連。在涂膜中平行排列，上下重疊，使涂膜內(nèi)部形成一種致密的層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而大大提高了涂膜的抗?jié)B透性和涂膜強(qiáng)度。
三： 絹云母粉在涂料中的應(yīng)用
（一）：抗屏蔽性能應(yīng)用
在大量使用的鋁粉漆中，如油罐表面漆，一般單獨使用浮型鋁粉漆用于防護(hù)及抗屏蔽，使用期限在一年左右，漆膜即失光老化并開始龜裂，但在加入5～8％的絹云母粉后，漆膜可保持3年基本無變化（顏色略發(fā)暗）。具體實驗檢測結(jié)果如下：C04-2鋁粉漆未加絹云母粉，光澤是85%，4個月開始失光、變暗，光澤55%，11個月開始出現(xiàn)部分裂痕，光澤降為28%。C04-2鋁粉漆如果添加6%，光澤80%、6個月開始輕微失光，光澤70%，20個月失光，光澤下降為50%
（二）：抗透水性應(yīng)用
絹云母粉對于耐水要求較高的涂料體系，能顯著提高其耐水性能。實驗結(jié)果見如下：鐵紅在沒有添加絹云母粉30小時開始起泡，如果添加5%絹云母粉200小時后也無變化
在一些工程中用氧化鋅：絹云母粉＝0.5：1的比例按8％左右的比例加入，同時減少沉淀硫酸鋇、滑石粉的部分用量，在保持打磨性不變的情況下，能顯著提高防腐蝕性能，同時可提高涂料的防沉降性，大日本帝國化工公司在重防腐涂料體系中推薦使用絹云母粉，其具體使用方法是：磷酸鋅（磷酸鋁）：氧化鋅：絹云母粉＝1：0.25：1.25，效果顯著。
另外目前在普通涂料中，為了防沉淀各生產(chǎn)廠家大量使用有機(jī)膨潤土來改善涂料的沉淀性，但如果使用有機(jī)膨潤土的量太大，嚴(yán)重影響漆膜的致密性，使耐水性變差，而使用量過小又達(dá)不到防沉淀效果，如果用絹云母粉取代有機(jī)膨潤土，既可防沉淀，同時又提高耐水性，并且使用方法簡單，可直接加入，而無需像有機(jī)膨潤土使用前需制備預(yù)凝膠，簡化了涂料生產(chǎn)工藝。
四：總結(jié)
絹云母粉作為一種新開發(fā)的非金屬礦品種，國外早在80年代就將其作為功能性填料而廣泛應(yīng)用于各類涂料中，而在國內(nèi)由于非金屬礦的開發(fā)應(yīng)用起步較晚，絹云母粉的應(yīng)用受到加工技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)的制約，尤其是干法加工的絹云母粉產(chǎn)品其片狀結(jié)構(gòu)受到破壞，同時無法剔除與云母相伴生成的石英等雜質(zhì)，影響了絹云母粉在涂料中的應(yīng)用功能的發(fā)揮。滁州格銳礦業(yè)有限公司在美國ＭＩ礦物公司的技術(shù)支持下，在國內(nèi)第一家采用濕法選礦超細(xì)精加工生產(chǎn)的格銳濕法超細(xì)絹云母粉，產(chǎn)品一上市即被杜邦華佳、廣東華潤等600多家企業(yè)采用，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用與各類防腐涂料、建筑涂料、粉末涂料及其它多類功能涂料中。隨著涂料工業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品理念的提升，絹云母粉將越來越受到重視而被廣泛應(yīng)用。我認(rèn)為絹云母粉在涂料生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用和添加量的提高，是絹云母粉將來在涂料應(yīng)用中的發(fā)展方向。
本文簡述了絹云母粉在涂料中的應(yīng)用特點，并就絹云母粉應(yīng)用于涂料中能增強(qiáng)涂膜耐候性，提高涂膜強(qiáng)度和抗水性的功能機(jī)理做了簡要的理論分析及應(yīng)用實驗。
一：絹云母粉的礦物特性
絹云母粉屬云母類礦物，是一種片狀細(xì)粒白云母，結(jié)構(gòu)呈二八面體，即由兩層硅氧四面體和一層鋁氧八面體構(gòu)成，四面體的頂氧（活性氧）與附加陰離子（ＯＨˉ）位于兩層六面網(wǎng)的中央，構(gòu)成活性結(jié)晶水基團(tuán)（見圖1）。（001）解離完全，可劈成極薄的片狀，徑厚比大、富彈性、耐高溫（600℃以上）、耐化學(xué)品腐蝕性強(qiáng)，對紫外線具有極佳的屏蔽作用，外表呈絲絹光澤，手感細(xì)膩潤滑。
另外絹云母的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與高嶺土相近，又具有粘土礦物的某些特性，即在水介質(zhì)及有機(jī)溶劑中分散懸浮性好、色白粒細(xì)、有粘性等。因此，絹云母粉兼具云母類礦物和粘土類礦物的多種特點，其應(yīng)用于涂料中，可以大大提高涂膜的耐候性、抗透水性、增強(qiáng)涂膜與基質(zhì)附著力和涂膜強(qiáng)度，改善涂膜的表觀。同時染料粒子易進(jìn)入絹云母粉的晶格層間，從而保持顏色長久不褪色。此外絹云母粉還具有抗藻防霉的功能，國外常用于船舶和海洋涂料。因此，絹云母粉對涂料而言是一種價格性能比優(yōu)異的多功能填料。
絹云母粉是選擇高品位、高白度的優(yōu)質(zhì)云母礦產(chǎn)資源而制作的一種原料，通過濕法分級提純等工藝而制得，絹云母粉的細(xì)鱗片狀晶體結(jié)構(gòu)和絲絹光澤在加工過程中沒有絲毫的損傷；同時具有較佳的松散密度和高徑厚比的顯著特點，因此濕法絹云母粉與傳統(tǒng)干法生產(chǎn)的絹云母粉相比有著本質(zhì)的區(qū)別和不可比擬的優(yōu)點，具體性能差異如下：生產(chǎn)工藝干法粗磨、濕法超細(xì)，其絹云母粉含量含量40～60％、濕法生產(chǎn)的含量75～95％，粒度干法工藝生產(chǎn)的為125～25μ、濕法生產(chǎn)的為30～5μ，干法工藝生產(chǎn)的白度為65～72、濕法生產(chǎn)的為75～85，干法工藝生產(chǎn)的懸浮性差、易沉淀、濕法生產(chǎn)的好、附著力強(qiáng)。
二：絹云母粉在涂料中的功能作用及機(jī)理分析
在涂料中，添加濕法超細(xì)絹云母粉，其功能作用主要表現(xiàn)為：
（一） 提高涂膜的耐候性
取用摻與不摻絹云母粉的同一顏基比的同一配方的建筑涂料，進(jìn)行人工耐老化的檢測，檢測結(jié)果如下：未添加絹云母粉的涂料在250小時后開始變色、粉化。添加5％絹云母粉的涂料在1000小時開始變色，未粉化。
備注：實驗品種為同一顏基比、同一涂料配方
實驗檢測結(jié)果表明，在建筑涂料中添加絹云母粉，能使涂料的耐候性指標(biāo)大幅度提高。其機(jī)理是絹云母粉具有極強(qiáng)的消光屏蔽功能，可以反射近90％的紫外線，而絹云母粉對紫外線的屏蔽作用主要與兩個因素有關(guān)：
（1）晶體的偏光效應(yīng)
美國的Ｈ.Ｓ.卡茨等認(rèn)為：無機(jī)填料的消光性能決定于礦物晶體的取向不同，決定于其吸收或反射紫外線的能力。絹云母粉礦物結(jié)構(gòu)屬單斜晶體系，有三個結(jié)晶軸Ａ、Ｂ、Ｃ（見圖2），Ａ軸與Ｃ軸之間的夾角為93°，Ｂ軸垂直于Ａ軸和Ｃ軸。絹云母粉有三個主折射率：Ｎｇ＝1.588～1.615?Ｎｍ＝1.582～1.611?Ｎｐ＝1.562～1.572?光性方位：Ｎｇ平行于Ｂ軸，Ｎｍ與Ａ軸之間有3°夾角，Ｎｐ平行于Ｃ軸。光率體圖（圖2中心）：由Ｎｇ－Ｎｐ面（直立），Ｎｍ－Ｎｇ（水平面）Ｎｍ－Ｎｐ?縱切面?三個橢圓切面組成，Ｎｇ－Ｎｐ橢圓切面有兩個光軸，稱為光軸面（Ｎｇ－Ｎｐ）?以Ｎｐ?ｃ軸?為平分線，夾角2Ｖ＝15°～30°白云母的光軸為30°～50°。無機(jī)礦物的消光作用程度與光軸角有關(guān)，光軸角越大，灰暗度越淺，干涉色越高；光軸角越小，灰暗度越高，消光作用越好。所以絹云母粉礦物屏蔽紫外線，微波的作用要好于白云母，比其它無機(jī)填料更優(yōu)越。
另外遮光效應(yīng)與礦物的排列有序度有關(guān)，顆粒狀、纖維狀礦物在涂膜中排列無序，取向隨意。而片狀絹云母粉在涂膜中具有高度的定向性，一般為平行排列，上下重疊，當(dāng)上下兩薄片的光軸面（Ｎｇ－Ｎｐ）相互垂直時將會產(chǎn)生全消光，斜交時產(chǎn)生干涉色。
（2）層間水分子的干涉效應(yīng)
絹云母粉晶體中含有結(jié)晶水，比白云母高2％，結(jié)晶水的折光率1.33，而鋁硅酸鹽的折光率為1.522～1.615，兩者相差較大，折光效應(yīng)較強(qiáng)，絹云母粉結(jié)構(gòu)中層與層之間間距約為10ｍｍ，與紫外線和微波的波長相近。當(dāng)自然光穿過絹云母晶體時，因晶體偏光振動，將光分解成光速不等的Ｎｇ、Ｎｐ兩偏光，再穿層時再分解，導(dǎo)致Ｎｇ′Ｎｐ′相重合在一個偏振面上，偏振光能量逐次衰減至零時，則完全屏蔽，出現(xiàn)消光。
（二） 提高涂膜的機(jī)械性能和抗透水性
在涂料中添加濕法超細(xì)絹云母粉粉，涂膜的表觀光澤和機(jī)械性能均有所提高，尤其是抗透水性同比提高3倍以上。其機(jī)理主要是絹云母粉具有高縱橫比的晶體片狀結(jié)構(gòu)，而且無論超細(xì)至何種程度均為片狀結(jié)構(gòu)。無機(jī)礦物在涂料中對涂膜強(qiáng)度，遮蓋力的作用與礦物的物理形狀有關(guān)，一般按下列順序遞減：片狀＞纖維狀＞柱狀＞粒狀，另外絹云母粉具有活性羥基基團(tuán)，容易與乳膠液、溶劑中分子鏈相結(jié)合、纏連。在涂膜中平行排列，上下重疊，使涂膜內(nèi)部形成一種致密的層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而大大提高了涂膜的抗?jié)B透性和涂膜強(qiáng)度。
三： 絹云母粉在涂料中的應(yīng)用
（一）：抗屏蔽性能應(yīng)用
在大量使用的鋁粉漆中，如油罐表面漆，一般單獨使用浮型鋁粉漆用于防護(hù)及抗屏蔽，使用期限在一年左右，漆膜即失光老化并開始龜裂，但在加入5～8％的絹云母粉后，漆膜可保持3年基本無變化（顏色略發(fā)暗）。具體實驗檢測結(jié)果如下：C04-2鋁粉漆未加絹云母粉，光澤是85%，4個月開始失光、變暗，光澤55%，11個月開始出現(xiàn)部分裂痕，光澤降為28%。C04-2鋁粉漆如果添加6%，光澤80%、6個月開始輕微失光，光澤70%，20個月失光，光澤下降為50%
（二）：抗透水性應(yīng)用
絹云母粉對于耐水要求較高的涂料體系，能顯著提高其耐水性能。實驗結(jié)果見如下：鐵紅在沒有添加絹云母粉30小時開始起泡，如果添加5%絹云母粉200小時后也無變化
在一些工程中用氧化鋅：絹云母粉＝0.5：1的比例按8％左右的比例加入，同時減少沉淀硫酸鋇、滑石粉的部分用量，在保持打磨性不變的情況下，能顯著提高防腐蝕性能，同時可提高涂料的防沉降性，大日本帝國化工公司在重防腐涂料體系中推薦使用絹云母粉，其具體使用方法是：磷酸鋅（磷酸鋁）：氧化鋅：絹云母粉＝1：0.25：1.25，效果顯著。
另外目前在普通涂料中，為了防沉淀各生產(chǎn)廠家大量使用有機(jī)膨潤土來改善涂料的沉淀性，但如果使用有機(jī)膨潤土的量太大，嚴(yán)重影響漆膜的致密性，使耐水性變差，而使用量過小又達(dá)不到防沉淀效果，如果用絹云母粉取代有機(jī)膨潤土，既可防沉淀，同時又提高耐水性，并且使用方法簡單，可直接加入，而無需像有機(jī)膨潤土使用前需制備預(yù)凝膠，簡化了涂料生產(chǎn)工藝。
四：總結(jié)
絹云母粉作為一種新開發(fā)的非金屬礦品種，國外早在80年代就將其作為功能性填料而廣泛應(yīng)用于各類涂料中，而在國內(nèi)由于非金屬礦的開發(fā)應(yīng)用起步較晚，絹云母粉的應(yīng)用受到加工技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)的制約，尤其是干法加工的絹云母粉產(chǎn)品其片狀結(jié)構(gòu)受到破壞，同時無法剔除與云母相伴生成的石英等雜質(zhì)，影響了絹云母粉在涂料中的應(yīng)用功能的發(fā)揮。滁州格銳礦業(yè)有限公司在美國ＭＩ礦物公司的技術(shù)支持下，在國內(nèi)第一家采用濕法選礦超細(xì)精加工生產(chǎn)的格銳濕法超細(xì)絹云母粉，產(chǎn)品一上市即被杜邦華佳、廣東華潤等600多家企業(yè)采用，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用與各類防腐涂料、建筑涂料、粉末涂料及其它多類功能涂料中。隨著涂料工業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品理念的提升，絹云母粉將越來越受到重視而被廣泛應(yīng)用。我認(rèn)為絹云母粉在涂料生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用和添加量的提高，是絹云母粉將來在涂料應(yīng)用中的發(fā)展方向。
