二氧化硅消光粉由于具有優(yōu)異的特性，已經(jīng)成為目前亞光涂料中應(yīng)用最廣的一種消光助劑。二氧化硅是一種固體粒子，無論經(jīng)過怎樣的制造過程，它都不可能是由一種粒徑組成的，而是在一定粒徑范圍內(nèi)波動，還會形成一定的規(guī)律。不同的粒徑，顯現(xiàn)的幾率是不同的。粉體顆粒均勻度好，應(yīng)用性能好。本文詳細研究了二氧化硅粉體的平均粒徑及其分布對二氧化硅應(yīng)用性能的影響，對涂料生產(chǎn)中消光粉的選擇有一定的實際指導(dǎo)意義。

1.試驗部分

1.1試驗原料和儀器

試驗用主要原料：二氧化硅消光粉（平均粒徑5~10μm，山東中海新材料）；醇酸樹脂（天津長興）；L-75固化劑；醋酸丁酯（北京）；二甲苯（北京）等。試驗用主要儀器：激光粒徑儀（丹東百特）、高速分散機（上海）；濕膜制備器（上海現(xiàn)代）；60°鏡向光澤儀（天津）；斯托默黏度計（上海現(xiàn)代）、黑白格紙、貼紙木板、刮板細度計。

1.2試驗方法

主漆配制：在木器清漆中加入5%的消光粉，用高速分散機以2000r/min分散約20min，待用。

1.3性能研究

1.3.1消光性

稱取一定量的主漆，加入配制好的固化劑，用配方稀料調(diào)整黏度為15～20s后噴涂到木板上，待漆膜自然干好后用60°光澤計進行測試。

1.3.2透明性

稱取一定量的木器清漆，加入少量的消光粉，用高速分散機分散均勻后，倒入125mL的白色廣口瓶中，肉眼觀察透明性。

1.3.3防沉性

沉淀速率：在醋酸丁酯中加入5%的消光粉，用分散機分散均勻，倒入125mL的白色廣口瓶中靜置觀察其沉降速率。貯存穩(wěn)定性：配好的主漆在50℃的烘箱中放置15d，觀察沉淀體積，用調(diào)墨刀測試沉淀物的軟硬程度。

2.結(jié)果與討論

2.1粒徑與消光性能的關(guān)系

2.1.1平均粒徑與消光性能的關(guān)系

選用不同粒徑的消光粉配制涂料，在木板上噴涂相同的厚度，涂膜干好后用60°光澤計進行測試。可以看出，隨著粒徑的增大，消光效果變好。平均粒徑達到8μm后，涂膜表面明顯比較粗糙。根據(jù)試驗結(jié)果分析，由于消光效果的好壞主要取決于涂膜表面的粗糙度，所以平均粒徑大的消光粉容易造成強的表面粗糙效果，消光效果也較好。但是粒徑的大小要和涂膜的厚度相協(xié)調(diào)。若平均粒徑太小，埋在涂膜內(nèi)不能突出表面構(gòu)成表面粗糙度，那么就沒有消光效果。平均粒徑太大，雖然可以構(gòu)成比光波波長大得多的不平度，但易于造成表面弊病。消光效果最好的是能夠構(gòu)成與光波波長相近的較小的粗糙度，入射光的散射度強，消光效果也強，即消光粉的平均粒徑與涂膜的厚度相近。對于二氧化硅消光粉，平均粒徑為5～7μm的適用于薄膜涂層、皮革涂料及油墨；平均粒徑為7～8μm的適合木材和金屬涂料；平均粒徑為8～10μm的適合特種涂料、厚涂層消光涂料。

2.1.2粒徑分布與消光性能的關(guān)系

選用平均粒徑相近，粒徑分布不同的消光粉進行消光試驗。

1、2、3號樣品的平均粒徑相近，但是樣品中的細粉和粗粉的比例有些區(qū)別，1號樣品的粒徑分布最窄，2號次之，3號最寬。從消光效果看出，在相同的測試條件下，1號的消光效果最好，2號次之，3號最差。這是由于粒徑分布寬，加到涂料中，粒徑大的變小才能達到有效的消光粒徑，而過小的粒徑就失掉了消光效果。所以消光粉的粒徑分布越窄，消光效果就越好。

2.2粒徑與透明性的關(guān)系

分別選用平均粒徑為6μm、8μm、9μm、10μm的樣品進行透明性測試。結(jié)果表明，平均粒徑為6μm的樣品的透明性最好，10μm的透明性最差，即隨著平均粒徑的增大，透明性變差。這是因為，透明性是指物體透過可見光并散射較少的性質(zhì)。粉料的最佳粒徑一般應(yīng)為光線在空氣中波長的1/2，即0.2~0.4μm。大于此值，粉料的總表面積減少，對光線的總散射能力降低，小于此值，粉料將失去對光線的散射能力。粉料通常是不同粒徑的混合體，粒徑在0.01~50μm之間。在體系中，消光粉的粒徑越小，散射可見光越少，大量入射光線因發(fā)生繞射而透過消光粉，因此體系的透明性越好。但平均粒徑太小，發(fā)揮消光作用的粒子就越少，起不到應(yīng)有的消光作用。從2.1.1可知，當(dāng)平均粒徑與涂膜的厚度協(xié)調(diào)的情況下，平均粒徑越大，消光粉的消光效果越好。因此在選擇消光粉時要同時考慮消光、透明與涂膜厚度的因素，通過做對比試驗選擇最符合要求的消光粉。

2.3粒徑與防沉性的關(guān)系

分別選用平均粒徑為6μm、8μm、9μm、10μm的樣品進行黏度測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相同的體系中，放置相同的時間，平均粒徑大的體系，粉體下沉的速率快，且容易形成硬沉淀。這是因為超細粉體的沉降速率可以用斯托克斯定律來解釋，其公式可表示為：

u0=（ρs-ρ0）d2g/18μ

式中：u0為沉降速率，m/s；μ為分散介質(zhì)黏度，Pa·s；ρs為顆粒密度，kg/m3；ρ0為分散介質(zhì)密度，kg/m3；d為顆粒當(dāng)量粒徑；g為重力加速度，m2/s。粒徑的平方與沉降速率成正比，因此平均粒徑越大沉降速率越快。選用表2的樣品做防沉試驗，放置相同的時間，3種樣品都出現(xiàn)不同程度的沉降，分成兩層。但是上層液體的渾濁程度不同，3號的最渾濁，2號的次之，1號的較清澈。這是因為粒徑分布較窄的粉體，太細或太粗的顆粒較少，因此基本上所有顆粒的下沉速率一致，因此粉體沉淀后，上層液體較清澈。而粒徑分布較寬的粉體，太細或太粗的粉體較多，導(dǎo)致粒徑較大的先沉淀，粒徑小的粉體后沉淀，所以上層液體較渾濁。

3.結(jié)語

⑴消光粉的平均粒徑及粒徑分布對涂料的消光性、透明性及防沉性等應(yīng)用性能有較大的影響。

⑵平均粒徑越大，涂料消光效果越好；平均粒徑越小，涂料透明性越好。在選用消光粉的過程中要通過一系列的對比試驗，使消光、透明性能都較好地滿足實際使用要求。

⑶平均粒徑分布越小，會增加體系的黏度，沉降速率也會降低，在選用消光粉時最好同時考慮消光和沉降性的因素。