填料也稱(chēng)體質(zhì)顏料。這種顏料的著色力和遮蓋力較小，是白色和無(wú)色的超細(xì)粉粒。它與著色顏料一起分散在粉末涂料中，用以提高粉末涂料的機(jī)械強(qiáng)度和其它性能的保護(hù)。那填料應(yīng)具備什么條件呢？
       ( 1) 不溶于水喝有機(jī)溶劑，有很好的分散性，無(wú)色或白色，不含各種雜質(zhì)的超細(xì)粉粒;
       ( 2) 耐酸、耐堿、耐候性好;
       ( 3) 成本低，但不降低涂膜各項(xiàng)性能。
        在粉末涂料中常用的填料品種有沉淀硫酸鋇、重晶石粉、輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、高嶺土、滑石粉、膨潤(rùn)土、沉淀二氧化硅、云母粉、石英粉、硅微粉等。每種填料在粉末涂料配方中所起的作用不盡相同，本文探討了沉淀硫酸鋇、云母粉、空心玻璃微珠、納米氧化硅這四種填料對(duì)粉末涂料產(chǎn)品性能的影響。

沉淀硫酸鋇
         沉淀硫酸鋇化學(xué)組成為Ba[SO4]，晶體屬正交(斜方)晶系的硫酸鹽礦物。常呈厚板狀或柱狀晶體，多為致密塊狀或板狀、粒狀集合體。質(zhì)純時(shí)無(wú)色透明，含雜質(zhì)時(shí)被染成各種顏色，條痕白色，玻璃光澤，透明至半透明。三組解理完全，夾角等于或近于90°。摩氏硬度3-3.5，比重4.0-4.6。
         在粉末涂料方面，沉淀硫酸鋇能增強(qiáng)粉末涂料的流平性和保光性，并且與所有的色料有較好的兼容性，可改善粉末涂料在噴涂工藝中達(dá)到最理想的涂膜厚度，提高上粉率，減少粉末涂料用量。

云母粉
         絹云母屬云母類(lèi)礦物，是一種片狀細(xì)粒白云母，結(jié)構(gòu)呈二八面體，即由兩層龜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(OH)位于兩層六面網(wǎng)中央，構(gòu)成活性結(jié)晶水基團(tuán)。(001)解理完全，可劈成極薄的片狀，徑厚比大。絹云母晶體化學(xué)式為：K0.5-1(Al,Fe,Mg)2(SiAl)4O10(OH)2 nH2O, 絹云母具有絲絹光澤,徑厚比>80,呈白色。淺灰白色,比重2.6-2.7,硬度2-3,富彈性，可彎曲。耐高溫(600℃以上)，耐化學(xué)品腐蝕性強(qiáng)，對(duì)紫外線(xiàn)具有極佳的屏蔽作用。它的細(xì)磷片狀結(jié)晶體結(jié)構(gòu)可提高涂層的致密性，防止水分滲入。
絹云母的化學(xué)結(jié)構(gòu)與高嶺土相近，又具有粘土礦物的某些特性。絹云母兼具了云母類(lèi)礦物和粘土礦物的多種特點(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(guān)。同時(shí)染料粒子易進(jìn)入絹云母粉的晶格層間，從而保持顏色長(zhǎng)久不褪色。此外絹云母粉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)格性能比優(yōu)異的多功能填料。

空心玻璃微珠
         空心玻璃微珠是一種微小、中空的圓球狀粉末。視粒徑、壁厚大小，密度在 0.1 ～ 0.5g/cm 3 之間，粒徑可根據(jù)需要在 1 ～ 500 微米之間任意選擇。具有重量輕體積大、導(dǎo)熱系數(shù)低、抗壓強(qiáng)度高，分散性、流動(dòng)性、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。另外，還具有絕緣、自潤(rùn)滑、隔音、不吸水、耐火、耐腐蝕、防輻射、無(wú)毒等優(yōu)異性能。空心玻璃微珠可直接填充于絕大部分類(lèi)型的熱固性、熱塑性樹(shù)脂產(chǎn)品中，起到減輕產(chǎn)品重量，降低成本，消除產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力，確保尺寸穩(wěn)定性，提高抗壓、抗沖擊性，耐火度、隔音隔熱性、絕緣性等等作用。在粉末涂料中應(yīng)用時(shí)，空心玻璃微珠可以起到以下作用：
        
        ( 1 )隔熱、絕緣、吸水率低。空心玻璃微珠的內(nèi)部是真空或稀薄氣體，與環(huán)氧樹(shù)脂存在密度及導(dǎo)熱系數(shù)差，所以它具有隔熱的特性，是耐高溫粉末涂料的極佳填充劑。微珠的隔熱特性還可用于粉末涂層經(jīng)受急熱和急冷條件之間交替變化而引起的熱沖擊。極低的吸水率使粉末涂料長(zhǎng)期貯存穩(wěn)定性提高。
         ( 2 ）可改善粉末涂層的物理機(jī)械性能。空心玻璃微珠填料可使粉末涂料的硬度和剛度大大增加。但抗沖擊性能下降，不過(guò)，抗沖擊性能下降的多少還與對(duì)中空玻璃微珠的表面處理有關(guān)，如選用正確的偶聯(lián)劑進(jìn)行預(yù)處理，可減少對(duì)材料抗沖擊性能的影響。
         ( 3 )吸油率低。與常規(guī)填充材料碳酸鈣相比，中空玻璃微珠的吸油量要低得多，不同型號(hào)空心玻璃微珠每 100 克的吸油率在 7 ～ 50 毫克之間，而每 100 克輕質(zhì)碳酸鈣的吸油率高達(dá) 120 ～ 130 毫克，重質(zhì)碳酸鈣也高達(dá) 50 ～ 60 毫克。這種低吸油率的填充材料在生產(chǎn)過(guò)程中變相地增加了填充量降低了綜合成本。

納米氧化硅
         納米氧化硅是極其重要的高科技超微細(xì)無(wú)機(jī)新材料之一,因其粒徑很小，比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)純度高、分散性能好、熱阻、電阻等方面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)具特性，有著不可取代的作用。納米二氧化硅俗稱(chēng)“超微細(xì)白炭黑”，廣泛用于各行業(yè)作為添加劑、催化劑載體，石油化工，脫色劑，消光劑，橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，塑料充填劑，油墨增稠劑，金屬軟性磨光劑，絕緣絕熱填充劑，高級(jí)日用化妝品填料及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等各種領(lǐng)域。將納米氧化硅添加到環(huán)氧樹(shù)脂為基體的粉末涂料中，在結(jié)構(gòu)上完全不同于粗晶SiO2(白炭黑等)添加的環(huán)氧粉末料，粗晶SiO2一般作為補(bǔ)強(qiáng)劑加入，它主要分布在高分子材料的鏈中間，而納米氧化硅由于表面嚴(yán)重的配位不足、龐大的比表面積以及表面欠氧等特點(diǎn)，使它表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性，很容易和環(huán)氧環(huán)狀分子的氧起鍵合作用，提高了分子間的鍵力，同時(shí)尚有一部分納米氧化硅顆粒仍然分布在高分子鏈的空隙中，與粗晶SiO2顆粒相比較，表現(xiàn)出很高的流漣性，從而使納米氧化硅添加的環(huán)氧粉末涂料涂層的強(qiáng)度、韌性均大幅度提高。另外，納米氧化硅的加入還可以提高涂層的耐磨性、抗老化性能，并改善涂層表面的光潔度。
          另外，由于納米氧化硅是一種松散、無(wú)定形的粉狀物體，將它加入粉末涂料體系中可以防止粉料在夏天的高溫下結(jié)團(tuán)，延長(zhǎng)粉末涂料產(chǎn)品的貯存期。在生產(chǎn)過(guò)程中，最好采用外加的方法。
         
           為了確定上述幾種填料在粉末涂料中的功能，我們?cè)O(shè)計(jì)了一些配方，并將做出的粉末涂料涂塑樣件，進(jìn)行了沖擊試驗(yàn)、水煮試驗(yàn)、海水浸泡試驗(yàn)和自然暴曬試驗(yàn)。
配方1： 基礎(chǔ)配方+玻璃微珠+云母粉+沉淀BaSO4
配方2： 基礎(chǔ)配方+玻璃微珠+云母粉
配方3： 基礎(chǔ)配方+玻璃微珠
配方4： 基礎(chǔ)配方+云母粉
配方5： 基礎(chǔ)配方+沉淀BaSO4
其中自然暴曬試驗(yàn)時(shí)，還在各配方中加入了一些納米氧化硅。


沖擊試驗(yàn)
               將上述5個(gè)配方粉末涂料涂塑的馬口鐵板樣板，在沖擊試驗(yàn)儀上進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，結(jié)果列于表1中。

表1 不同填料配方涂塑樣件沖擊試驗(yàn)結(jié)果

        從表1中可看出：配方5做出的涂塑樣板沖擊后無(wú)裂紋，其它4個(gè)配方的涂塑樣板都有裂紋。

  2.水煮試驗(yàn)
            將上述5個(gè)配方粉末涂料涂塑后的黑鐵管樣件，在恒溫水浴鍋中進(jìn)行水煮試驗(yàn)，結(jié)果列于表2中。

表2 不同填料粉末涂料涂塑黑鐵管樣件水煮試驗(yàn)結(jié)果

          水煮試驗(yàn)后的效果排序是：①填料為玻璃微珠+云母粉及玻璃微珠+云母粉+沉淀BaSO4
的復(fù)配配方2與配方1最好;②填料全為沉淀BaSO4的配方5其次;③填料全為玻璃微珠的配方3稍差;④填料全為云母粉的配方4最差。

海水浸泡試驗(yàn)
         由于船只航行在大海里，每個(gè)海域的水溫不一樣，有些地方的海水溫度比較高，甚至達(dá)到60℃，而作為船舶工藝研究所，許多船廠(chǎng)都是我們的客戶(hù)，因此，在消防管道粉末涂料研制過(guò)程中，我們針對(duì)不同填料的配方在60℃的海水里做了浸泡試驗(yàn)。
(注：為了減少填料目數(shù)大小對(duì)涂層滲水性的影響，配方中所用填料都選用1250目。)
試驗(yàn)過(guò)程：將不同填料的配方做出的粉末涂料樣品，涂塑在鋼板(3mm厚)上，每個(gè)配方涂塑兩個(gè)樣件，涂塑工藝都是200℃預(yù)熱30min，180℃固化30min。每種涂料做兩塊樣板，分別定為1#、2#。然后將涂塑好的樣件浸泡于60℃的海水中(海水取自上海奉賢海邊)，浸泡時(shí)間為三個(gè)月。浸泡試驗(yàn)結(jié)果列于表3中。
表3 60℃海水浸泡試驗(yàn)

涂層，時(shí)間; 涂配,方層 涂層厚 度ｕm 涂塑鋼板原重(g) 2月后重量（g） 2月后增重比% 平均增重比% 3月后劃格撬剝

          由表3可以看出：經(jīng)海水浸泡后，涂層的重量比未浸泡時(shí)增加了，說(shuō)明涂層吸水了。在3個(gè)月劃格撬剝測(cè)附著力試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)全部用玻璃微珠或全部用云母粉的配方3或配方4做成的涂層在海水里浸泡3個(gè)月后，撬剝時(shí)涂層完全脫落。這可能與玻璃微珠和云母粉這兩種填料自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，對(duì)于玻璃微珠這種圓球形結(jié)構(gòu)的填料，由于結(jié)構(gòu)比較單一，在圓球與圓球之間可能會(huì)有一些空隙，造成浸泡試驗(yàn)時(shí)海水容易滲透涂層。對(duì)于云母粉，雖然它本身是鱗片狀結(jié)構(gòu)，在涂層中有防滲水的功能，但是鱗片狀結(jié)構(gòu)不可能完全是平行于涂層表面排列的，如果有些云母粉是垂直于涂層排列的話(huà)，那么云母粉的這種鱗片狀結(jié)構(gòu)反而讓水更容易導(dǎo)入涂層中，造成浸泡后涂層脫落。對(duì)于配方2，由于配方中不僅有云母粉這種鱗片狀結(jié)構(gòu)的填料還有圓球形的玻璃微珠做填料，在這種復(fù)配的結(jié)構(gòu)中，即使有一些云母粉的鱗片狀結(jié)構(gòu)是垂直于涂層排列的，導(dǎo)入的水會(huì)被圓球形的玻璃微珠擋住一部分，因此此配方的涂層浸泡時(shí)只有一半脫落。對(duì)于配方1這種由沉淀BaSO4、玻璃微珠和云母粉共同復(fù)配做填料的配方，其涂層在海水中浸泡3個(gè)月后撬不動(dòng)，附著力為1級(jí)。更驚奇的發(fā)現(xiàn)是，僅用沉淀BaSO4做填料的配方5其涂層在3個(gè)月海水浸泡試驗(yàn)后也撬不動(dòng)，附著力為1級(jí)。這可能是因?yàn)槌恋鞡aSO4多為致密塊狀或板狀、粒狀的集合體，不是單一結(jié)構(gòu)，在海水浸泡時(shí)這種互相交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)使涂層的阻水性能大大提高。

自然暴曬試驗(yàn)
         由于從一些資料上看到納米氧化硅做填料可以提高涂層耐紫外線(xiàn)的性能，并可延長(zhǎng)粉末涂料的貯存時(shí)間，因此，在自然暴曬試驗(yàn)時(shí)，重新調(diào)整配方，在配方中內(nèi)加或外加一些納米氧化硅。
配方1： 基礎(chǔ)配方+沉淀BaSO4
配方2： 基礎(chǔ)配方+沉淀BaSO4+納米二氧化硅(內(nèi)加)
配方3： 基礎(chǔ)配方+玻璃微珠+云母粉+納米二氧化硅(外加)
配方4： 基礎(chǔ)配方+玻璃微珠+云母粉+納米二氧化硅(內(nèi)加)
配方5： 基礎(chǔ)配方+云母粉+納米二氧化硅(內(nèi)加)
配方6： 基礎(chǔ)配方+玻璃微珠+云母粉+納米二氧化硅(內(nèi)加)
           實(shí)驗(yàn)過(guò)程：按上述6個(gè)配方各做5公斤粉末涂料樣品，并在黑鐵管上進(jìn)行涂塑，每個(gè)配方涂塑兩個(gè)樣件，涂塑工藝都是200℃預(yù)熱30min，180℃固化30min。將做好的涂塑管件掛在露天空曠位置，過(guò)幾天翻轉(zhuǎn)一次，并將管件懸掛位置互換。觀(guān)察三個(gè)月，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表4中。
表4 自然暴曬試驗(yàn)結(jié)果

          由上述6個(gè)配方及自然暴曬試驗(yàn)結(jié)果可知：只用沉淀BaSO4做填料的配方最耐自然暴曬，此配方做出的涂層在外懸掛5周時(shí)仍然能保持很好的亮度及色澤，懸掛3個(gè)月后，也僅有少量褪色。其次是用沉淀BaSO4做填料，并內(nèi)加少量納米氧化硅的配方。再次是只用云母粉做填料，并內(nèi)加少量納米氧化硅的配方。而含有玻璃微珠的配方自然暴曬效果最差，僅懸掛三周，涂層中的黃色顏料就幾乎全部退去，懸掛3個(gè)月后涂層幾乎變成白色。針對(duì)這種情況，我們查了許多資料，并咨詢(xún)了玻璃微珠原料的供應(yīng)商，了解到的結(jié)果是，為了使玻璃微珠在基體中的分散效果更好，生產(chǎn)廠(chǎng)家一般會(huì)在玻璃微珠中加入一些硅烷偶聯(lián)劑，對(duì)其進(jìn)行表面改性。而有資料表明，目前常用的三烷氧基型硅烷偶聯(lián)劑有可能降低基體樹(shù)脂的穩(wěn)定性，因此在自然暴曬過(guò)程中添加了玻璃微珠做填料的粉末涂料涂層比較容易粉化，變成白色。
          對(duì)于配方1與配方2所做的涂層，全用沉淀BaSO4做填料的(配方1)自然暴曬效果最好，原因是BaSO4具有保光、保色的特點(diǎn)。配方2中內(nèi)加了一些納米氧化硅，其自然暴曬效果卻比未加納米氧化硅的差一些，這可能是因?yàn)榧{米二氧化硅的表面極性強(qiáng)、表面性能高，處于熱力學(xué)非穩(wěn)定狀態(tài)，極易發(fā)生粒子團(tuán)聚，在使用時(shí)影響納米顆粒所具有的功能。并且由于納米二氧化硅表面易與空氣中的水分子作用而帶有羥基，表現(xiàn)出很強(qiáng)的親水疏油性，在有機(jī)介質(zhì)中難以均勻分散，難以與基料很好的結(jié)合，易造成界面缺陷，導(dǎo)致材料性能下降，納米材料的優(yōu)越性能得不到應(yīng)有的發(fā)揮。而團(tuán)聚在一起的納米二氧化硅對(duì)涂層起到了消光的作用，使得涂層亮度減弱。

 結(jié)論
         沉淀硫酸鋇、云母粉、空心玻璃微珠、納米氧化硅這四種填料在粉末涂料生產(chǎn)中會(huì)經(jīng)常用到，單獨(dú)用沉淀硫酸鋇做填料時(shí)涂層的韌性比較好，涂層表面的色澤較飽滿(mǎn)，自然暴曬時(shí)的保色性能也較好;用沉淀硫酸鋇、云母粉、空心玻璃微珠做復(fù)配填料時(shí)，涂層的耐水煮性能及耐海水滲透性能較好;納米氧化硅的加入對(duì)粉末涂料性能的影響并不明顯，這有可能與納米材料容易團(tuán)聚，實(shí)際使用時(shí)不能保持納米性能有關(guān)。在粉末涂料配方設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品性能要求的不同而適當(dāng)改換填料，以達(dá)到最佳效果。