降低原材料成本
随着涂料价格的上涨，降低原材料成本(RMC)对涂料化学家来说是一项艰巨的任务。为了获得与一年前相同的盈利能力，涂料制造商必须每加仑多收1.76美元，才能在Ti0增加的基础上保持相同的盈利能力水平2．涂料化学家不能牺牲性能要求，同时保持在最大RMC的上限。这种方法使世界各地的涂料制造商以他们以前从未做过的方式重新配方。
偏硅酸钙(CaSiO3.)，也就是硅灰石，是一种天然矿物，在世界上几个国家都有发现。自20世纪60年代初以来，这种独特的矿物一直用于涂料行业，但它正在以许多涂料先驱可能无法想象的方式增长。
前NYCO有远见的克莱夫·黑尔(Clive Hare)引领了这一潮流，并将硅灰石应用于无数种涂料中，整个行业都在倾听。克莱夫·黑尔(Clive Hare)于1994年3月撰写的关于硅灰石在涂料中的应用的最全面的论文，可能明天就会发表，只需要做一些小的修改，因为所引用的一些公司已经不再经营或已被整合到另一个投资组合中。这篇文章中,偏硅酸钙在油漆和涂料中的演变，可在纽约时报网站上查阅。Hare描述了由于硅灰石的高pH值，如何将未经处理的硅烷和经过硅烷处理的硅灰石用作高效的硅灰石
防腐涂料。
硅灰石的属性
硅灰石的物理形状称为“针状”。这种独特的结构允许更紧密的颜料包装。在不增加任何树脂体系的Tg的情况下，在聚结膜中形成的网络提供了一个额外的屏障来加强涂层，而没有不良影响。
硅灰石具有可接受的Si基团，因此对这种矿物的各种处理都能够与硅灰石耦合，如功能硅烷、疏水剂、分散助剂和特殊涂层，以进一步提高阻隔性能、耐腐蚀性或附着力。
利用硅灰石作为协同缓蚀剂的研究仍在继续。这种矿物还可以在以下方面提高涂层性能:
•一级和/或协同缓蚀剂;
•减少开裂和检查;
•改进的mar/划痕/挖泥抗性;
•增加可擦洗性;
•提高屏障性能;
•热稳定性(高温涂层);
•抗热震性和发射率;
•高效消光剂;
AMP 95替代品?(缓冲);
•TiO2增强剂;
•产品的一致性和质量;
•石棉和其他人造纤维的惰性、生物可溶性和无害替代品。
硅灰石在全球范围内被用于所有类型的树脂体系- 1K, 2K，水，溶剂，环氧树脂，聚氨酯，丙烯酸和乙烯基。粉末，紫外光固化，线圈和弹性体涂料都是硅灰石目前使用的领域。硅灰石的限制是低ph值树脂体系和要求在60°时光亮度高于95°的涂层。
化学改性硅灰石
工程硅灰石颜料的化学改性是通过专有工艺使用硅烷化学进行的(图1a和b)。硅灰石、玻璃和其他硅质材料已经表明它们是唯一适合用烷氧基硅烷处理的材料。在硅灰石的情况下，矿物的基本性质催化硅烷烷氧基的水解，并且，在颜料上存在水分时，硅醇缩合反应在颜料和处理的界面上产生Si-O-Si桥。当处理过的颜料在制造过程中应用于独特的友好的颗粒表面时，它呈现出或多或少对齐的外部有机护套，承载着有机官能团。环境是这些颜料最终分散到其中的粘合剂系统。虽然理论上可以在分子上特别设计巯基、脲基和其他基团，但有两到三种体系已被证明是最受欢迎的用于涂层应用的硅灰石处理方法。10作为wollastcoat®10 ES WOLLASTOCOAT/M1250 ES为活性环氧基团，10 WC WOLLASTOCOAT/M1250 WC用于可能具有乙烯基型反应性的体系。
化学改性硅灰石的好处包括:
•改善颜料表面的均匀性;
•提高薄膜的整体力学性能(抗附着力/抗起泡);
•提高耐腐蚀性;
•减少水分通过薄膜的传输;
•降低对酸的敏感性;
硅灰石颗粒吸油率降低。
硅灰石作为一种防腐颜料
腐蚀每年造成数百万美元的损失。这种损失大部分是由于铁、铝和钢的腐蚀，尽管许多其他金属也可能被腐蚀。铁和许多其他金属的问题是，氧化形成的氧化物不能牢固地附着在金属表面，很容易脱落，导致“点蚀”。广泛的点蚀最终导致金属的结构脆弱和解体。
自最初的研究呼吁在各种涂料系统中使用硅灰石以来，已经超过25年了。目的是研究环氧硅烷处理的硅灰石在水基体系中与抑制性颜料形成协同颜料组合的趋势(主要目的是作为一种扩展颜料，在提供更好的耐久性的同时，有助于防腐蚀)。
比较了几种功能性填料对环氧金属防腐底漆性能的影响。由于立法限制了铅和六价铬基缓蚀剂的使用，新型钼酸盐、硼酸盐和磷酸盐缓蚀剂出现了。由于吸油率高，效率低，这些产品本身存在性能问题。为了重新有效地控制腐蚀，研究PVC/CPVC比导致了对扩展剂选择的重新评估。硅灰石一直是一种优选的扩展颜料，用于提高耐腐蚀性和耐起泡性，并从环氧树脂和氨基硅烷化学改性中获得额外的改进。
最近，在耐腐蚀涂料中使用反应性硅烷(如氨基和环氧功能型硅烷)化学改性硅灰石的工作被报道。硅灰石作为“增效剂”与抑制色素的作用被描述。虽然机理尚不完全清楚，但许多作者已经描述了硅灰石与大多数初级抑制色素的协同行为。已知的是，当与抑制剂结合使用时，硅灰石，特别是化学改性等级，使抑制性颜料比颜料单独使用时更有效地进行整体防腐。通过对水性环氧底漆和防腐颜料的研究，得出了处理后硅灰石及其性能的结论:
•PVC在38-45%范围内，PVC/CPVC比为0.6-0.9时，当扩展剂包中含有150 lb/100 gal处理过的硅灰石，防腐颜料含量为100 lb/100 gal时，涂层整体性能最佳;
•可重涂性极好;
•满足长期盐雾和抗湿性预期;
•将PVC保持在>38%可以抑制起泡和闪锈。
在过去的几年中，硅灰石被广泛应用于各种耐腐蚀涂料中。虽然水性环氧树脂似乎占了上风，但制定的趋势是减少VOCs以符合环境要求。
由于铬酸锶一直是许多体系的首选缓蚀剂，配方商希望硅灰石在不牺牲腐蚀保护的情况下减少铬酸锶的使用量。此外，磷酸锌已被用于帮助抵消对铬酸锶的依赖，在过去的30年里已成为领先的无毒抑制色素。一种表面处理的硅灰石已成功地用于提高磷酸锌在醇酸、丙烯酸、聚氨酯和环氧树脂中的性能。
在屏障型配方中，通过除抑制性颜料以外的方法来实现耐腐蚀性，表面处理的硅灰石已被证明是有效的。由于这些类型的系统提供的保护更多地与控制离子渗透性和粘结剂与填料表面的化学反应性有关，因此有一个工作假设是，表面处理的硅灰石通过其针状形状和表面处理与粘结剂之间的化学键有助于提高性能。一些合成化学家认为树脂的“DNA”发生了变化，这就是为什么有些结果是无法解释的。
此外，硅灰石的酸溶解性可以通过适当选择表面处理化学物质来控制。通过将化学成分与抑制性颜料和粘结剂系统仔细匹配，硅灰石对钝化的贡献可以保持，并且可以最大限度地发挥协同关系。
改善屏障性能
当更仔细地观察硅灰石的针状形状时，其独特的组成类似于针状结构(图2)。在涂料中，已经发现针状结构是以下涂层特征的原因;
•增强薄膜凝聚力，提高机械性能;
•提高尺寸稳定性;
•更高的抗冲击性和更大的灵活性;
•增强抗脆性破坏和相关薄膜退化的能力;
•提高抗紫外线辐射导致的物理降解能力;
•减少开裂，检查，鳄鱼等;
•提高耐久性和耐腐蚀性;
•延长涂层使用寿命;
•与其他针状、纤维状和板状增强材料相比，吸油率较低;
•可用于高固体体系，减少VOC，降低粘度。
这些要点就是为什么在不增加树脂Tg的情况下，薄膜的可擦洗性、抗划伤性和柔韧性都有所增加的原因(表1)。还需要注意的是，针状结构也会导致光泽的轻微降低。
极端温度
硅灰石长期以来一直在使用在不同极端温度下执行的涂层，因为它在1540°C融化。它在高温甚至膨胀涂层中的应用是另一个需要防腐蚀的领域-并且需要极端的涂层。烟道、烟囱、熔炉、窑炉和燃气加热器上涂层的耐热性在确保工业物体增加和保值方面起着关键作用。这些涂料主要用于户外。因此，它们必须具有适当的耐腐蚀和耐风化性。即使经过多年，烤箱、烟道、炉子、炉管和烤架的耐热涂料仍有望保持其完美的外观。
色素的选择对于获得最大的耐温性也是至关重要的。可以用二氧化钛和云母生产温度高达350°C的短期暴露(< 1,000 h)或225°C的长期暴露(> 1,000 h)的涂料。短期暴露在温度高达525°C或长期暴露在温度高达250°C的应用通常包括黑氧化铁。铝，锌和不锈钢用于高温应用(短期650°C，长期350°C)。这些金属的高热导率将热量从涂层基板转移出去。此外，随着树脂氧化，金属颗粒将与树脂融合，形成具有稳定金属-硅氧烷键的陶瓷涂层。进一步增强涂层的热稳定性可以通过增加硅灰石的负荷来实现。
硅灰石作为缓冲剂
硅灰石的pH值为10，已被用于稳定涂料，作为氨、TEA和碳酸氢钾的替代品。硅灰石在丙烯酸涂料中表现出氧化锌的稳定，不需要很高的分散剂需求。两个好处是有效的原材料成本管理和更好的包装稳定性。硅灰石的一些被忽视的好处被注意到，从那里，这种矿物的更多属性被研究。
•碱性pH值突出，同时需要更少的氨，提高防锈和防霉性，AMP部分更换。
•高干亮度。
•合理的吸油性有助于更大的空间控制PVC。
•针状结构表现出稍低的光泽度，更适合于半光面和平面。
•比传统使用的缓冲/分散剂气味低得多。
•降低VOCs。
•成本更低。
部分TiO2替代
在一家独立实验室最近的一项研究中，据报道，通过使用4中位数微米级的硅灰石，并替换10%的标准级金红石二氧化钛，在delta变化、LAB值或透明度方面没有观察到实质性的差异。在本研究中，对内部半丙烯酸的光泽也没有不利影响。作为Ti02由于成本持续上升，NYCO已经跟随客户的脚步，他们表达了对偏硅酸钙可以通过部分替代钛来“增强”涂层的赞赏。硅灰石的作用就是增强涂层。硅灰石并不是钛的延伸。表2和表3显示了本研究的结果。我们相信存在一个完美的组合，可以进一步抵消Ti0不断上升的成本2．这种混合物的一部分是硅灰石。
结论
涂料化学家有很多选择，他们有责任了解一项技术的优点，应用的要求，然后把这两个变量结合起来，同时提供一个能产生利润的解决方案。关于这种独特的矿物存在的可能性还有很多有待了解的地方，它不能被归为“填料”家族，因为这种活性颜料的优点远远超过惰性填料
欲了解更多关于NYCO硅灰石的信息，请访问www.nycominerals.com或电子邮件info@nycominerals.com．
参考文献
1.Hare, C.H.偏硅酸钙在油漆和涂料中的演变，“现代油漆和涂料，83卷，#12，第32页，1993年11月。
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3.普莱德曼，E.P.有机涂料的进展，11,29(1983)。
4.Hare, C.H.环氧金属底漆中硅灰石/抑制剂浓度的协同效应，防护涂料和衬里，第6卷，#9，第43页，1989年9月。
5.Revette d;LaRosa,美国;菲利普斯,g;硅灰石:一种矿物，一个应用世界，1982-2012。
6.《硅灰石的真实维度》，2006年。
7.Jackson, M.水性环氧底漆配方指南:防腐颜料的评价，1995。
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