填料也稱體質(zhì)顏料。這種顏料的著色力和遮蓋力較小，是白色和無色的超細(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。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、無毒等優(yōu)異性能。空心玻璃微珠可直接填充于絕大部分類型的熱固性、熱塑性樹脂產(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?？招牟Ａ⒅樘盍峡墒狗勰┩苛系挠捕群蛣偠却蟠笤黾?。但抗沖擊性能下降，不過，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“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，許多船廠都是我們的客戶，因此，在消防管道粉末涂料研制過程中，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，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，過幾天翻轉(zhuǎn)一次，并將管件懸掛位置互換。觀察三個(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脂的穩(wěn)定性，因此在自然暴曬過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，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。