文摘：簡(jiǎn)述了絹云母在防腐涂料中的應(yīng)用特點(diǎn)，并就絹云母應(yīng)用于防腐涂料中能增強(qiáng)涂膜耐候性，提高涂膜強(qiáng)度和抗水性的功能機(jī)理做了理論分析及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：防腐涂料絹云母(sericite)云母屏蔽效應(yīng)
一：絹云母的礦物特性
絹云母屬云母類礦物，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}解理完全，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(duì)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(rùn)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，絹云母兼具云母類礦物和粘土類礦物的多種特點(diǎn)。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(shí)染料粒子易進(jìn)入絹云母的晶格層間，從而保持顏色長(zhǎng)久不褪色。另外絹云母還具有抗藻防霉的功能，國(guó)外常用于船舶和海洋涂料。因此，絹云母粉對(duì)涂料而言是一種價(jià)格性能比極優(yōu)的多功能填料。
格銳絹云母是利用安徽滁州當(dāng)?shù)氐膬?yōu)質(zhì)絹云母礦產(chǎn)資源，選擇高品位、高白度的優(yōu)質(zhì)原料，通過濕法分級(jí)提純等工藝而制得，絹云母的細(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(shí)具有較佳的松散密度和高徑厚比的顯著特點(diǎn)，因此格銳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(diǎn)，具體性能差異見表1：
表1：格銳濕法絹云母粉與干法工藝絹云母粉比較表
產(chǎn)品指標(biāo) 干法工藝生產(chǎn)的絹云母粉 格銳濕法絹云母粉生產(chǎn)工藝 干法粗磨 濕法提純超細(xì)絹云母含量 40-60% 75-95% 粒 度 100-600目(125-25u) 425-2500目(30-5u) 白度 65-72 75-85
懸浮性 差、易沉淀好、附著力強(qiáng)產(chǎn)品品質(zhì) 片狀結(jié)構(gòu)、晶體狀態(tài)、 片狀結(jié)構(gòu)、晶體狀態(tài)、
光澤受到破壞，徑厚比小 光澤保持良好、徑厚比大
二：格銳絹云母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
在涂料中添加格銳濕法絹云母粉可以大大提高涂料的耐候性，其機(jī)理是絹云母具有極強(qiáng)的消光屏蔽功能，可以反射近90%的紫外線，而絹云母對(duì)紫外線的屏蔽作用主要與兩個(gè)因素有關(guān)：
(1)晶體的偏光效應(yīng)
美國(guó)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。絹云母礦物結(jié)構(gòu)屬單斜晶體系，有三個(gè)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。絹云母有三個(gè)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(gè)橢圓切面組成，Ng-Np橢圓切面有兩個(gè)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(shí)將會(huì)產(chǎn)生全消光，斜交時(shí)產(chǎn)生干涉色。
(2)層間水分子的干涉效應(yīng)
絹云母晶體中含有結(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)，絹云母結(jié)構(gòu)中層與層之間間距約為10Å，與紫外線和微波的波長(zhǎng)相近。當(dāng)自然光穿過絹云母晶體時(shí)，因晶體偏光振動(dòng)，將光分解成光速不等的Ng、Np兩偏光，再穿層時(shí)再分解，導(dǎo)致Ng′Np′相重合在一個(gè)偏振面上，偏振光能量逐次衰減至零時(shí)，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，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(duì)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：格銳絹云母在涂料中的應(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(dú)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%的絹云母后，漆膜可保持三年基本無變化(顏色略發(fā)暗)。具體實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如下表：
醇酸鋁粉漆光澤實(shí)驗(yàn)及檢測(cè)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)品種加入方式檢測(cè)結(jié)果C04-2鋁粉漆未加，光澤85% 4個(gè)月開始失光、變暗，光澤55%，11個(gè)月開始出現(xiàn)部分裂痕，光澤28%
添加6%，光澤80% 6個(gè)月開始輕微失光，光澤70%，20個(gè)月失光，光澤50%
(二)：抗透水性應(yīng)用
絹云母對(duì)于耐水要求較高的油漆體系(如各種防銹底漆)能顯著提高其耐水性能，在底漆中加入3-5%的絹云母，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表：
耐鹽水檢測(cè)結(jié)果(5%的NaCl水溶液)
實(shí)驗(yàn)品種加入方式結(jié)果C06-1鐵紅 未加 30小時(shí)開始起泡添加5%絹云母粉 50小時(shí)無變化H06-2鐵紅 未加 96小時(shí)開始起泡添加5%絹云母粉 200小時(shí)無變化
在一些工程類底漆中(如雙組份環(huán)氧底漆、聚氨酯底漆)，用氧化鋅：絹云母=0.5：1的比例按8%左右的比例加入，同時(shí)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(shí)可提高涂料的防沉降性，大日本帝國(guó)化工公司在重防腐涂料體系中推薦使用絹云母，其具體使用方法是：磷酸鋅<磷酸鋁>：氧化鋅：絹云母=1：0.25：1.25，效果顯著。
另外目前在普通油漆中，為了防沉淀各生產(chǎn)廠家大量使用有機(jī)彭潤(rùn)土來改善涂料的沉淀性，但使用有機(jī)彭潤(rùn)土的量太大，嚴(yán)重影響漆膜的致密性，使耐水性變差，使用量過小又達(dá)不到防沉淀效果，如果用絹云母取代有機(jī)彭潤(rùn)土，既可防沉淀，同時(shí)又提高耐水性，并且使用方法簡(jiǎn)單，可直接加入，而無需像有機(jī)彭潤(rùn)土使用前需制備預(yù)凝膠，簡(jiǎn)化了涂料生產(chǎn)工藝。
四：總結(jié)
絹云母作為一種新開發(fā)的非金屬礦品種，國(guó)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(guó)內(nèi)由于非金屬礦的開發(fā)應(yīng)用起步較晚，絹云母的應(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產(chǎn)品其片狀結(jié)構(gòu)受到破壞，同時(shí)無法剔除與云母相伴生的石英等雜質(zhì)，影響了絹云母在涂料中的應(yīng)用功能的發(fā)揮。滁州格銳礦業(yè)有限公司在美國(guó)MT礦物公司的技術(shù)支持下，在國(guó)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(rùn)、北京紅獅等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，絹云母將越來越受到重視而被廣泛選用。以上通過理論分析和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)介紹了絹云母在涂料中應(yīng)用的功能作用同時(shí)參考了國(guó)內(nèi)外的一些文獻(xiàn)資料，謹(jǐn)供各位同仁參考指正。
關(guān)鍵詞：防腐涂料絹云母(sericite)云母屏蔽效應(yīng)
一：絹云母的礦物特性
絹云母屬云母類礦物，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}解理完全，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(duì)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(rùn)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，絹云母兼具云母類礦物和粘土類礦物的多種特點(diǎn)。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(shí)染料粒子易進(jìn)入絹云母的晶格層間，從而保持顏色長(zhǎng)久不褪色。另外絹云母還具有抗藻防霉的功能，國(guó)外常用于船舶和海洋涂料。因此，絹云母粉對(duì)涂料而言是一種價(jià)格性能比極優(yōu)的多功能填料。
格銳絹云母是利用安徽滁州當(dāng)?shù)氐膬?yōu)質(zhì)絹云母礦產(chǎn)資源，選擇高品位、高白度的優(yōu)質(zhì)原料，通過濕法分級(jí)提純等工藝而制得，絹云母的細(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(shí)具有較佳的松散密度和高徑厚比的顯著特點(diǎn)，因此格銳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(diǎn)，具體性能差異見表1：
表1：格銳濕法絹云母粉與干法工藝絹云母粉比較表
產(chǎn)品指標(biāo) 干法工藝生產(chǎn)的絹云母粉 格銳濕法絹云母粉生產(chǎn)工藝 干法粗磨 濕法提純超細(xì)絹云母含量 40-60% 75-95% 粒 度 100-600目(125-25u) 425-2500目(30-5u) 白度 65-72 75-85
懸浮性 差、易沉淀好、附著力強(qiáng)產(chǎn)品品質(zhì) 片狀結(jié)構(gòu)、晶體狀態(tài)、 片狀結(jié)構(gòu)、晶體狀態(tài)、
光澤受到破壞，徑厚比小 光澤保持良好、徑厚比大
二：格銳絹云母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
在涂料中添加格銳濕法絹云母粉可以大大提高涂料的耐候性，其機(jī)理是絹云母具有極強(qiáng)的消光屏蔽功能，可以反射近90%的紫外線，而絹云母對(duì)紫外線的屏蔽作用主要與兩個(gè)因素有關(guān)：
(1)晶體的偏光效應(yīng)
美國(guó)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。絹云母礦物結(jié)構(gòu)屬單斜晶體系，有三個(gè)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。絹云母有三個(gè)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(gè)橢圓切面組成，Ng-Np橢圓切面有兩個(gè)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(shí)將會(huì)產(chǎn)生全消光，斜交時(shí)產(chǎn)生干涉色。
(2)層間水分子的干涉效應(yīng)
絹云母晶體中含有結(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)，絹云母結(jié)構(gòu)中層與層之間間距約為10Å，與紫外線和微波的波長(zhǎng)相近。當(dāng)自然光穿過絹云母晶體時(shí)，因晶體偏光振動(dòng)，將光分解成光速不等的Ng、Np兩偏光，再穿層時(shí)再分解，導(dǎo)致Ng′Np′相重合在一個(gè)偏振面上，偏振光能量逐次衰減至零時(shí)，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，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(duì)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：格銳絹云母在涂料中的應(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(dú)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%的絹云母后，漆膜可保持三年基本無變化(顏色略發(fā)暗)。具體實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果如下表：
醇酸鋁粉漆光澤實(shí)驗(yàn)及檢測(cè)結(jié)果
實(shí)驗(yàn)品種加入方式檢測(cè)結(jié)果C04-2鋁粉漆未加，光澤85% 4個(gè)月開始失光、變暗，光澤55%，11個(gè)月開始出現(xiàn)部分裂痕，光澤28%
添加6%，光澤80% 6個(gè)月開始輕微失光，光澤70%，20個(gè)月失光，光澤50%
(二)：抗透水性應(yīng)用
絹云母對(duì)于耐水要求較高的油漆體系(如各種防銹底漆)能顯著提高其耐水性能，在底漆中加入3-5%的絹云母，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表：
耐鹽水檢測(cè)結(jié)果(5%的NaCl水溶液)
實(shí)驗(yàn)品種加入方式結(jié)果C06-1鐵紅 未加 30小時(shí)開始起泡添加5%絹云母粉 50小時(shí)無變化H06-2鐵紅 未加 96小時(shí)開始起泡添加5%絹云母粉 200小時(shí)無變化
在一些工程類底漆中(如雙組份環(huán)氧底漆、聚氨酯底漆)，用氧化鋅：絹云母=0.5：1的比例按8%左右的比例加入，同時(shí)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(shí)可提高涂料的防沉降性，大日本帝國(guó)化工公司在重防腐涂料體系中推薦使用絹云母，其具體使用方法是：磷酸鋅<磷酸鋁>：氧化鋅：絹云母=1：0.25：1.25，效果顯著。
另外目前在普通油漆中，為了防沉淀各生產(chǎn)廠家大量使用有機(jī)彭潤(rùn)土來改善涂料的沉淀性，但使用有機(jī)彭潤(rùn)土的量太大，嚴(yán)重影響漆膜的致密性，使耐水性變差，使用量過小又達(dá)不到防沉淀效果，如果用絹云母取代有機(jī)彭潤(rùn)土，既可防沉淀，同時(shí)又提高耐水性，并且使用方法簡(jiǎn)單，可直接加入，而無需像有機(jī)彭潤(rùn)土使用前需制備預(yù)凝膠，簡(jiǎn)化了涂料生產(chǎn)工藝。
四：總結(jié)
絹云母作為一種新開發(fā)的非金屬礦品種，國(guó)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(guó)內(nèi)由于非金屬礦的開發(fā)應(yīng)用起步較晚，絹云母的應(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產(chǎn)品其片狀結(jié)構(gòu)受到破壞，同時(shí)無法剔除與云母相伴生的石英等雜質(zhì)，影響了絹云母在涂料中的應(yīng)用功能的發(fā)揮。滁州格銳礦業(yè)有限公司在美國(guó)MT礦物公司的技術(shù)支持下，在國(guó)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(rùn)、北京紅獅等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，絹云母將越來越受到重視而被廣泛選用。以上通過理論分析和應(yīng)用實(shí)驗(yàn)介紹了絹云母在涂料中應(yīng)用的功能作用同時(shí)參考了國(guó)內(nèi)外的一些文獻(xiàn)資料，謹(jǐn)供各位同仁參考指正。
