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源磊告訴你 | 濕法云母粉在涂料、橡塑等領域的應用

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發布時間:
2020-11-26
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源磊告訴你 | 濕法云母粉在涂料、橡塑等領域的應用

 

濕法云母粉的應用非常廣泛,下面僅僅提及一些面廣量大的領域和有特殊意義的領域,下文中“云母粉”一詞,如無說明,均指“濕法云母粉”。

 


1涂料
濕法云母粉微粒(晶片)直徑與厚度的比例(徑厚比)達到80-120倍,晶片厚度僅數十納米至一百納米左右。這樣的產品具有高度的遮蓋率和紫外吸收功能,在漆膜中能形成高效的阻隔作用,使腐蝕性物質在漆膜中擴散、滲透和遷移的變得極其迂回曲折(屏蔽和迷宮效應),穿透漆膜的時間延長到3倍,從而極大地提高防腐涂料的性能。涂料一般比較關心填料的粒度,有時還考慮白度。


1)阻隔作用
片狀填料在漆膜內形成基本平行的取向排列,水和其它腐蝕性物質對漆膜的滲透受到強烈阻隔,在使用優質云母粉的情況下(晶片的徑厚比至少50倍,最好70倍以上),水和其它腐蝕性物質穿透漆膜的穿透時間一般延長3倍。由于云母粉填料比特種樹脂廉價得多,所以具有非常高的技術價值和經濟價值。


總之,使用優質云母粉是提高防腐涂料和外墻涂料等的品質和性能的重要手段。在涂裝過程中,云母晶片在漆膜固化前受到表面張力的作用而躺下,自動形成互相平行、而且與漆膜表面也平行的結構。這樣的層層排列,其取向正好與腐蝕性物質穿透漆膜的方向相垂直,阻隔作用的發揮最為充分。問題是云母粉的片狀結構必須完美,國外工業企業的內定標準是其徑厚比至少應當達到50倍,最好在70倍以上,否則效果就不理想,因為晶片越薄,單位填料用量所形成的有效阻隔面積也就越大,相反,晶片太厚的話,就無法形成多少阻隔層,而顆粒裝的填料則根本沒有這種作用。還有,如果云母晶片有穿孔、撕裂,也會嚴重影響這種阻隔作用(腐蝕性物質容易漏過去)。云母粉晶片越薄,單位填料量形成的阻隔面積越大,粒度適中(不宜追求過分細),效果就越好。


2)改善漆膜的物理機械性能
使用濕法云母粉可以改善漆膜的一系列物理機械性能。其中的關鍵是填料的形態學特征,即片狀填料的徑厚比和纖維狀填料的長徑比,顆粒裝填料如同混凝土中的沙石,起到鋼筋的增強作用。


3)提高漆膜的抗磨性
樹脂本身的硬度都有限,而不少填料的強度也不高(如滑石粉)。相反,云母是花崗巖的成分之一,其硬度和機械強度很大。所以,涂料中加入云母粉作填料,其抗磨性能可明顯提高。車用涂料、路面涂料、機械防腐涂料、墻面涂料等偏愛使用云母粉,即是此理。

4)絕緣性能
云母具有極高的電阻(1012-15歐姆·cm),本身就是最優異的絕緣材料。用云母粉來提高漆膜的絕緣性能是廣為人知的技術,故不予多說。很令人感興趣的是,它與有機硅樹脂或有機硅硼樹脂的復配物,遇到高溫時轉化為機械強度和絕緣性能良好的
陶瓷性物質,因此用這類絕緣材料制成的電線、電纜,即使在火災中燒毀之后,仍然保持原有的絕緣狀態。這對于礦井、隧道、特殊建筑物、特殊設施等,是非常重要的。

5)阻燃
云母粉是很有價值的阻燃填料,如果配合有機鹵阻燃劑,可制得阻燃性和防火性涂料。

6)抗紫外、紅外線性能
云母具有優異的屏蔽紫外線和紅外線等的性能。所以在戶外用涂料中添加濕法云母粉,就可以大幅度提高漆膜的抗紫外線性能,延緩漆膜的老化。它的屏蔽紅外線的性能被用于配制保溫、隔熱材料(如涂料)。

7)減少沉降
濕法云母粉的懸浮性能非常優異,極薄的微小晶片能長久地懸浮于介質中而不會沉降分層。所以,用云母粉代替容易沉降的填料時,涂料的儲存穩定性明顯上升。

8)熱輻射和高溫涂料
云母有良好的紅外輻射能力,如與氧化鐵等配合,可以造成優異的熱輻射效果。最典型的例子就是在航天器涂料中的應用(使向陽面的溫度降低數十度)。許多加熱原件的涂裝,以及高溫設施的涂裝,都需要用含有云母粉的特種涂料。這類涂料可以在極高溫度下工作,如1000℃左右,此時鋼材已經紅熱,但是涂料安然無恙。

9)光澤作用
云母有良好的珠光性光澤,因此,使用大粒徑薄片狀云母粉產品時,可賦予材料如涂料以光澤、閃光或反光。相反,極細微的云母粉可在材料內造成反復的相互反射的作用,從而產生消光效應,因此使用小粒徑云母粉產品時產生消光作用。

10)隔音減震作用
云母能顯著改變材料的一系列物理模量,形成或改變材料的粘彈性。這類材料高效率地吸收振動能量、削弱震動波和聲波。另外,震動波和聲波在云母晶片之間形成反復反射,也造成削弱其能量的作用。故濕法云母粉也被用來配制消聲、隔音、減振涂料。

2 橡膠
1)改善橡膠的氣密性

橡膠的氣密性對于許多橡膠制品來說是首要性能,如內胎、球膽以及許多救生用品等等。要提高橡膠的氣密性,除了加工工藝和涂施工藝外,主要取決于橡膠本身及其填料的性質。橡膠的致密性越好,制品的抗通透性也越好。當然這類膠種價格不菲,這里有成本問題,因此使用功能性填料濕法云母粉,代價低而效果好,其意義就尤其重要。


濕法云母粉的阻隔作用使有害物質難以進入材料,進入后又難以擴散、遷移、穿透。原理與涂料相似,即平行取向的云母粉晶片阻隔氣體的穿過(穿透時間延長3倍),這對輪胎的內胎、球類的內膽和許多救生器材來說是非常重要的。在規格上并不苛求細、白,但要求片狀結構完美。


總之,在橡膠內加入濕法云母粉以后,氣密性將大幅度提高。

2)改善橡膠的物理機械性能
橡膠加入大徑厚比填料(濕法云母粉),其抗沖擊性、機械強度、形態穩定性等都有明顯改善。濕法云母粉還可以改變橡膠的摩擦特點,不同的用法作用不同,如提高摩擦系數,或改善潤滑性能(如雨刮器)。


加入大徑厚比填料后,橡膠的彈性模量等物理性質則有很大改善,這對于橡膠等材料來說,是非常重要的。

3)絕緣性能
云母具有極高的電阻,用云母粉來提高材料的絕緣性能是廣為人知的。橡膠的用途之一是用作電線電纜的絕緣材料,濕法云母粉的使用是重要手段。需要提及的是礦道、隧道以及類似場合下使用的電纜,這類電纜需要在火警情況下保持絕緣狀態。國外已經開發一類特殊的絕緣材料,它們由硅橡膠(包括有機硼樹脂)和云母粉等組成。這類絕緣材料在火警的高溫下轉化成陶瓷樣物質,保留良好的絕緣性能和機械強度,可使電纜在火警情況下保持絕緣。另須提及的是含鐵量會降低云母的絕緣性能,絕緣材料一般不宜使用干法云母粉。

4)減振隔音作用
不少隔音減振材料使用橡膠,以改變材料的粘彈性等物理性狀,形成理想效果。大徑厚比濕法云母粉能改變材料的一系列物理模量。再則,晶片間的能量(如震動波、聲波)反射,也吸收和削弱這些能量。據此,車輛和家電使用的“減振片”多配入云母粉。同理,許多其它減振隔音材料也使用濕法云母粉。

5)橡膠模壓硫化中的脫模劑
許多情況下橡膠的模壓硫化不使用金屬模具或類似模具,此時脫模劑的性能直接影響到生產。例如輪胎的模壓硫化使用氣囊,如不使用高性能脫模劑,勢必發生制品和模具的粘連,既損害模具,也會造成大量次品,對生產的危害很大。


這類脫模劑常使用潤滑油脂、有機硅、有機氟等材料。由于固體潤滑劑在其中起到不可或缺的作用,所以現代的這類脫模劑一般都加入云母粉。濕法云母粉具有完美的片狀晶形,晶片極薄,對模具表面的遮蓋能力和隔離能力極高。而且濕法云母粉的晶片表面及其光滑,能有效地防止材料之間的粘連。濕法云母粉的純度高,造成橡膠與模具粘結的有害雜質含量極低,非常適用。雜質如石英、長石和其它礦物的微粉,它們無片狀結構,且表面毛糙,是造成脫模困難的重要原因之一。干法云母粉造成脫模困難的另一原因是云母微粒本身表面非常毛糙,造成粘連。加入濕法云母粉以后,還在橡膠與模具之間形成排出氣體的通道,防止氣體在該間隙內的滯留,從而改善制品的外觀性狀。


同理,濕法云母粉也是高檔潤滑油(極壓級潤滑油)的關鍵組分。濕法云母粉可抑制橡膠助劑在橡膠內的遷移。


濕法云母粉在橡膠中的應用遠不止于此。充分利用濕法云母粉的獨特性能,可開發出許多很有價值的新型橡膠制品來,形成許多有價值的應用技術。

3 樹脂與塑料
1)改變塑料的光學特性
云母晶片具有反射、輻射紅外線和吸收、屏蔽紫外線等功能。如在農膜中加入優質的濕法云母粉,云母微晶片反射紅外輻射,可使光能在穿過農膜后就難以因熱輻射(即紅外輻射)而逃逸,提高暖棚、地膜等的保溫效果。在這一應用中,云母粉的純度和片狀結構特別重要。雜質會降低云母粉的增強效果,影響透明度,并使霧度大幅度上升,使得進入暖棚的光線減少。同時,片狀結構差的話,阻隔紅外輻射的效果也就較差。

 

大粒徑云母粉填料能提高材料的光澤(珠光效應),細微的云母粉起消光作用。

2)改善塑料的氣密性
濕法云母粉具有優異的薄片狀晶形,微晶厚度以納米計,徑厚比高達80~120倍,有效阻隔面積很大。在塑料內加入濕法高純優質云母粉以后,氣密性將大幅度提高。這樣的塑料,據專利文獻稱,可以用來制造可樂瓶、啤酒瓶、藥物包裝瓶、防潮包裝材料以及許多類似的特種塑料包裝材料。

3)改善塑料的物理機械性能
片狀和纖維狀填料可分散材料所受到的應力,其機制與混凝土中的鋼筋相似。眾多增強材料(塑料、橡膠、樹脂等)使用各向異性材料,其原理是相同的。最典型的應用就是碳纖維,但是碳纖維十分昂貴,加上色澤限制,應用有困難。石棉致癌,其應用被嚴格限制。超細玻纖(如直徑1微米,或納米級)的制造有許多困難,價格也頗高。顆粒狀填料包括在干法云母粉中大量存在的石英微粉、高嶺土微粉等,如同混凝土中沙石,沒有這種作用。只有在加入大徑厚比填料(如濕法云母粉)以后,塑料和樹脂的拉伸強度、抗沖擊強度、彈性模量、其它機械性能、形態穩定性(如抗熱扭變性和抗疲勞蠕變性)和抗磨性能等都有明顯改善。材料學上對此研究頗多,其關鍵之一是填料的外形比。


塑料(如樹脂)本身的硬度都有限。不少填料(如滑石粉)的機械強度也很低。相反,云母是花崗巖的成分之一,其硬度和機械強度很大。所以塑料中加入云母粉作填料,增強效果特別明顯,高徑厚比是高純云母粉增強的關鍵。


云母粉的偶聯處理對于上述應用有極大的作用,它大幅度提高材料在化學意義上的整體性,從而使材料的性能得以極大地提高。正確的偶聯處理也是云母粉增強的關鍵。


改變樹脂的結晶行為也是云母粉增強的機制之一。
使用優質云母粉可使制品制作得更加輕薄。這一技術在塑料工業上可有非常廣泛的應用,如制造高強度制品,包括機械和車輛的塑料零件、土工材料、家電外殼、包裝材料、生活用塑料制品、薄膜、裂絲和繩索等等。

4)改善塑料制品的絕緣性能
云母具有極高的電阻,本身是高性能絕緣材料。用云母粉來提高材料的絕緣性能是廣為人知的技術。如需制造高絕緣性塑料制品,可考慮加入功能性填料濕法云母粉。如上所述,含鐵量高的云母的絕緣性能較低,應避免使用。干法云母粉沒有洗礦,含鐵量一般都較高,不宜使用這類云母粉。


濕法云母粉在塑料中的應用遠不止于此。充分利用濕法云母粉的獨特性能,可開發出許多很有價值的新型塑料制品來,形成許多有價值的應用技術。例如在塑料中加入云母粉可提高印刷性能和復合粘結性能;在表面沉淀SnO2或鍍金屬后云母粉具有導電性,可用于制造抗靜電產品和導電塑料;涂復TiO2以后是珠光顏料,其應用非常之多;著色后是性能優異的顏料;云母還能改善制品的潤滑性能。

4 模具
在型砂模具表面涂復含云母粉的配方(包括使用含云母粉的洗模劑),可封閉模具表面的微孔,改善脫模性能,提高制品的表面光潔度。

5 潤滑劑
例如用于金屬壓延中。金屬壓延的壓力很高,如果單用液態潤滑劑,受力點上的潤滑劑可能完全被擠干,出現“干摩擦”狀態,這非常有害(模具磨損、制品表面毛糙、電耗上升等)。加入固體潤滑劑是有效的解決方法。極壓(extreme-pressure)潤滑劑也常常使用固體潤滑劑,以防止出現干磨狀態(干磨可造成軸承紅熱、燒結,后果不可設想)。這類云母粉對晶片的表面光潔度和純度要求很高,如含石英砂等雜質,則反而加速磨損。

6 化妝品
云母為天然礦產品,具有極高的化學穩定性,屬完全惰性物質,故安全、無毒、無害,適合化妝品的要求。云母晶片有強烈珠光光澤,特別是當粒徑合適時,可用于代替或部分代替價格昂貴的珠光顏料,增強化妝品的光澤效果。水分無法穿透云母晶片,用于保濕制品時可抑制皮膚水份的蒸發。


云母晶片能屏蔽紫外線和紅外線,所以是優良的化妝品抗紫外劑。由于它是純天然的,無毒無害,具有人工合成的有機抗紫外劑所不具備的優勢。由于晶片極薄,覆蓋能力極強,故僅需少量該些產品,即可皮膚表面形成一層肉眼看不見的抗紫外線保護劑、增亮劑。


云母微粒晶片極薄,厚度通常僅有數十納米,晶片直徑與厚度的比率(徑厚比)高達80-120倍,遮蓋力極強。

7 特種粉體
云母粉如表面涂復導電性物質(金屬、金屬氧化物),則生成導電性粉末,用于制造導電性和抗靜電性高分子材料。如涂復磷酸鋅,則是涂料抗腐蝕填料。

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