Исследование применения диатомитового наполнителя в лакокрасочной промышленности

1. Введение

Диатомитовый наполнитель – это многофункциональный неорганический наполнитель, получаемый из природных ископаемых диатомовых водорослей путем тонкой обработки. Он обладает уникальной микропористой структурой, высокой удельной поверхностью и превосходной химической стабильностью. В лакокрасочной промышленности диатомитовый наполнитель привлекает широкое внимание благодаря своим особым физико-химическим свойствам. Он используется для улучшения оптических и реологических свойств, а также долговечности покрытий. В данной статье систематически рассматриваются механизм действия, преимущества применения и перспективы развития диатомитовых наполнителей в системах покрытий.

2. Характеристики и преимущества диатомитового наполнителя

Основным компонентом диатомитового наполнителя является диоксид кремния (SiO₂). Его уникальная микроструктура обеспечивает следующие существенные преимущества при нанесении покрытий:

Пористая структура: с распределением размеров пор 0,1–100 мкм и удельной площадью поверхности 20–60 м²/г

Химическая инертность: устойчив к кислотам и щелочам, устойчив к коррозии, не вступает в реакцию с компонентами покрытия.

Оптические свойства: обеспечивают превосходный эффект затухания и рассеивания света.

Механические свойства: могут улучшить твердость и износостойкость покрытия.

Экологические характеристики: нетоксичны и безвредны, соответствуют требованиям к разработке экологически чистых покрытий.

Эти свойства делают диатомитовые наполнители ценным функциональным наполнителем в составах покрытий.

3. Механизм применения диатомитового наполнителя в покрытиях

• Механизм вымирания

Микропористая структура диатомитовых наполнителей эффективно рассеивает падающий свет. При попадании в покрытие свет многократно преломляется и рассеивается на поверхности частиц диатомита и в их внутренних порах, что снижает зеркальное отражение поверхности покрытия и обеспечивает превосходный матирующий эффект. По сравнению с традиционными матирующими средствами диатомитовые наполнители обладают более стабильными матирующими свойствами и лучшей устойчивостью при хранении.

• Механизм модификации реологии

Высокая площадь поверхности и наличие поверхностных гидроксильных групп диатомитовых наполнителей позволяют им образовывать водородные связи с молекулами смолы в системе покрытия, создавая трёхмерную сетчатую структуру и тем самым эффективно регулируя реологические свойства покрытия. Эта характеристика особенно подходит для систем покрытий на водной основе, требующих контроля седиментации и образования потеков.

• Механизм улучшения

Высокая твёрдость и уникальная морфологическая структура диатомитового наполнителя позволяют ему равномерно распределяться в покрытии, образуя микроскопическую армирующую фазу, повышающую механическую прочность и износостойкость покрытия. Кроме того, его пористая структура способна поглощать часть напряжений, повышая ударопрочность покрытия.

4. Применение диатомитового наполнителя в различных системах покрытий

• Применение в архитектурных покрытиях

В архитектурных покрытиях диатомитовые наполнители в основном выполняют следующие функции:

- Обеспечивает превосходный матовый эффект и позволяет добиться высококачественной матовой текстуры.

- Улучшить строительные характеристики покрытия и предотвратить провисание

- Улучшить воздухопроницаемость покрытия, чтобы предотвратить образование пузырей и отслоение

- Улучшить укрывистость и устойчивость покрытий к пятнам

• Применение в промышленных покрытиях

Преимущества применения диатомитовых наполнителей в промышленных защитных покрытиях включают:

- Повышение коррозионной стойкости покрытия

- Улучшить износостойкость и твердость покрытия

- Улучшение противоосаждающих свойств покрытий

- Используется в качестве функционального наполнителя для замены части диоксида титана и снижения затрат.

• Применение в покрытиях для древесины

Диатомитовые наполнители выполняют следующие основные функции в покрытиях по дереву:

- Обеспечивает равномерный и деликатный матовый эффект

- Повышение стойкости покрытия к царапинам

- Улучшение шлифуемости покрытий

- Улучшить заполняющие и герметизирующие свойства покрытия

5. Сравнение характеристик диатомитового наполнителя и других наполнителей

| Индекс эффективности | Диатомитовый наполнитель | Карбонат кальция | Тальк | Каолин |

| Маслопоглощение (г/100г) | 80-120 | 15-25 | 30-50 | 40-60 |

| Удельная площадь поверхности (м²/г) | 20-60 | 2-5 | 5-15 | 10-20 |

| Эффективность тушения | Высокая | Низкая | Средняя | Средняя |

| Контроль реологии | Отлично | Плохо | Хорошо | Хорошо |

| Эффект улучшения | Хороший | Плохой | Средний | Средний |

Из сравнения видно, что наполнитель на основе диатомита имеет очевидные преимущества в плане матирующих свойств и контроля реологии и является идеальным выбором для приготовления высокоэффективных покрытий.

6. Исследования по модификации диатомитового наполнителя

Для дальнейшего улучшения эксплуатационных характеристик диатомитового наполнителя в покрытиях в настоящее время применяются следующие методы его модификации:

• Поверхностная органическая модификация

Поверхность диатомита модифицируется с помощью агентов обработки поверхности, таких как силановые связующие агенты, для улучшения его диспергируемости и совместимости с органическими системами. К наиболее часто используемым модификаторам относятся:

- Аминосилан

- Эпоксисилан

- Метакрилоксисилан

 • Регулирование структуры пор

Структуру пор диатомита можно регулировать путем кислотной или термической обработки, а его оптические свойства и показатель поглощения масла можно оптимизировать, чтобы сделать его более подходящим для определенных систем покрытий.

• Композитная модификация

Диатомит можно смешивать с другими функциональными наполнителями, такими как нанодиоксид кремния, для дальнейшего повышения твердости покрытия, а также с порошком слюды для повышения атмосферостойкости покрытия.

7. Основные моменты технологии применения диатомитового наполнителя

• Процесс диспергирования

Дисперсность диатомита критически важна для эффективности покрытия. Рекомендуется следующий процесс:

- Этап предварительного диспергирования: использовать высокоскоростной диспергатор (скорость линии 15-20 м/с)

- Стадия измельчения: песчаная мельница или бисерная мельница для контроля тонкости помола

- Этап последующего добавления: некоторые наполнители на основе диатомита можно добавлять на этапе смешивания краски.

• Принципы разработки рецептур

При добавлении наполнителя на основе диатомита в составы покрытий обратите внимание:

- Количество добавляемого компонента обычно составляет 3–15 % (в расчете на общую формулу).

- Матовый эффект должен быть сбалансирован другими свойствами покрытия.

- Обратите внимание на синергетический эффект с другими наполнителями.

8. Тенденции будущего развития

• Функциональное развитие

В будущем диатомитовые наполнители будут развиваться в направлении многофункциональности, например:

- Диатомитовый наполнитель с фотокаталитической функцией

- Диатомитовый наполнитель с термохромной функцией

- Диатомитовый наполнитель с антибактериальным эффектом

• Интеллектуальные приложения

В соответствии с тенденцией развития интеллектуальных покрытий разрабатываются диатомитовые наполнители с адаптивными функциями, такими как:

- Влагочувствительный наполнитель на основе диатомита

- pH-чувствительный диатомитовый наполнитель

• Экологичное развитие

Разработать энергосберегающую и экологически чистую технологию переработки диатомита для сокращения выбросов углерода в процессе производства и повышения экологичности продукции.

9. Заключение

Диатомитовые наполнители, как функциональные наполнители с превосходными эксплуатационными характеристиками, имеют широкие перспективы применения в лакокрасочной промышленности. Благодаря рациональному разработке рецептур и оптимизации технологического процесса, диатомитовые наполнители могут значительно улучшить матирующие, реологические и механические свойства покрытий. Благодаря развитию технологий модификации поверхностей и глубоким исследованиям в области их применения, диатомитовые наполнители готовы играть ещё более важную роль в создании высокоэффективных, экологически чистых покрытий. В будущем основными направлениями развития диатомитовых наполнителей станут функционализация, интеллектуализация и экологичность.