图1所示。点击图片查看大图。
颜料的粒径一直被认为是定义涂料系统功能的重要因素。粒径大小与颜料散射光的效率直接相关，散射力随粒径减小而增大。这反过来影响不透明度，着色强度和底色与给定的颜料。减小粒径还能改善涂层的性能，光泽度和耐候性随着粒径的减小而增加(图1)。



表1。点击图片查看大图。
虽然在开发新涂料系统时，控制颜料粒度是至关重要的，但配方中使用的任何扩展剂颜料的粒度也必须考虑在内。扩展剂通常是粉末状物质，它们实际上不溶于应用介质。最初，它们的开发和使用是为了降低油漆成本。添加额外数量的廉价扩展剂(通常约0.1 - 0.4美元/磅)可以节省更昂贵的粘合剂和颜料(无机颜料的成本是其5-10倍，有机颜料的成本是其50-100倍)。然而，在现代涂料中，扩展剂不仅在降低成本方面发挥作用，而且还可以用于修改涂料体系的技术性能，从而产生新的、复杂的产品。通过选择正确类型的扩展剂，配方可以控制性能，如流动性和沉淀稳定性。也可以提高所应用涂层的光学性能，例如不透明度、光泽度、薄膜强度和薄膜柔韧性(表1)。

在这里，我们讨论了使用激光衍射来测量扩展剂的粒径。参考英国最大的硫酸钡功能性填料和扩展剂制造商和加工商Viaton Industries的经验，探索了该颗粒尺寸数据的实际相关性。Viaton Industries使用激光衍射粒度分析仪来确保高效的铣削，公司工作的一个方面是生产用于具有特定光泽/保光性能的涂料中的扩展剂。



激光衍射

激光衍射在涂料工业中广泛应用于粒度测量。颗粒大小是根据光被样品中的颗粒散射时产生的衍射图案计算的，利用散射光的角度和强度与颗粒大小直接相关的事实。

在Viaton Industries这样的公司中，实验室使用的激光衍射系统必须能够灵活地处理各种类型的样品，并能够测量湿和干样品的宽尺寸范围。Viaton Industries使用Mastersizer 2000 (Malvern Instruments)。这是一个完全自动化的激光衍射系统，由标准操作程序(SOPs)驱动，很容易为任何给定的应用开发。测量快速、可重复和健壮，产生数据和趋势信息，为过程跟踪和质量控制提供即时反馈。



图2。点击图片查看大图。

Extender表征

使用Mastersizer 2000使Viaton能够制造、表征和控制超细粉体的特性，并根据特定应用定制其扩展剂产品的功能。

硫酸钡(重晶石或重晶石)常被用作涂料系统的扩展剂，以提高耐磨性和保光性。Viaton的Airwhite系列硫酸钡扩展剂由高白度、低硅、高纯度的天然硫酸钡或化学沉淀材料制成。例如，Airwhite AW4C是一种用于表面涂层的超细、高纯度涂层白色扩展剂。为了控制该扩展剂的功能，Viaton监控铣削过程中实现的颗粒尺寸减小。磨机的控制点是通过评估Dv97定义的最大颗粒尺寸来确定的，该颗粒尺寸低于97%的材料体积。这一点很重要，因为过大颗粒的存在会影响成品涂层的耐久性，也会降低光泽度。在铣削过程中还控制中位颗粒大小(Dv50)，因为这对于确定扩展剂和颜料颗粒在成品涂层中如何组合在一起非常重要。通过优化粒度，可以避免颜料的拥挤，并确保涂料内颜料颗粒之间的最佳间距(图2)。这可以在给定的颜料体积浓度(PVC)下显著改善涂料的不透明度，在不影响所应用的薄膜性能的情况下降低产品成本。



图3。点击图片查看大图。

Extender铣

在加工开始时，Viaton生产的硫酸钡填充剂呈现为岩石和粉末的混合物。初级粉碎可将大块减小到约25毫米大小，通过辊磨机进一步加工可将其减小到45 - 50微米。这些颗粒会成为最先进的喷气磨粉机的原料。使用Mastersizer 2000系统对来自喷气磨的原料和产品的性能进行监测。

辊磨机生产的物料粒度较粗，Dv97较大(图3)。气流磨机运行的初始参数是根据给料粒度和为生产不同等级的物料收集的历史数据设置的。一旦铣削开始，为了监测尺寸减小过程，每隔一段时间取样一次，Airwhite AW4C的目标Dv97值小于4.5微米。这是通过在加工过程中调整磨分级机的速度来实现的(图3)。一旦最终产品规格得到确认，Mastersizer 2000提供的信息就会作为最终产品的QC，并包含在产品规格表中。



图4。点击图片查看大图。

关联扩展器大小到光泽

正如所讨论的，在涂层干燥过程中，扩展剂的粒度在控制光泽和光泽保持方面都很重要。如图4所示，其中装饰醇酸光泽漆的20°光泽度显示为不同硫酸钡等级干燥时间的函数。该涂料体系的总PVC为21.5%(包括扩展剂)，初级颜料体积浓度为2.5%。

随着扩展剂Dv97的减少，光泽值显著增加。这涉及到在漆膜内的扩展剂颗粒的改进包装，导致更均匀的表面光洁度。此外，随着时间的推移，光泽值的退化率(由干燥过程中的薄膜收缩引起)也降低了(图5)。这表明在产品开发和制造过程中，考虑扩展剂粒度以及颜料粒度是多么重要。



图5。点击图片查看大图。

结论

Mastersizer 2000使Viaton Industries能够从头到尾监控用于生产其扩展剂系列的喷气铣削过程。该仪器的宽动态范围对于该应用非常重要，允许使用相同的仪器设置准确测量所有样品;其高分辨率允许有效的终点确定，为优秀的批到批的再现性。扩展器的性能依赖于利用功能(在不透明度、光泽度和薄膜电阻方面)和颗粒大小之间的联系，产生的颗粒大小数据允许直接控制薄膜属性。能够轻松、准确和可重复测量颗粒尺寸的能力在Viaton设计和生产一系列扩展剂的能力中发挥着重要作用，每种扩展剂都具有不同的颗粒尺寸，适用于不同的应用。

欲了解更多信息，请联系paul.kippax@malvern.co.uk;www.malvern.com或howardbeedle@viaton.com;www.viaton.com。