填充顏料(填料)從名稱(chēng)上看可能就會(huì)被人忽視。但實(shí)際上，填料對(duì)大多數(shù)著色涂層的性能均有很大影響。填料類(lèi)型多，性能差異大，大多數(shù)涂料配方人員尚未徹底搞清其性能和最佳應(yīng)用場(chǎng)合。
白色填充顏料是折光指數(shù)相當(dāng)?shù)偷牡V物性物料，互相之間的區(qū)別在于組成、粒徑和粒形，在有光和半光涂料中呈現(xiàn)出很低的遮蓋性能，但在平光漆中卻能在低成本的基礎(chǔ)上賦予涂層一種“高干遮蓋”效應(yīng)(空氣/顏料界面間)。因此，填料可用于調(diào)整涂料的光澤、質(zhì)地、懸浮性、粘度等，填料的主要類(lèi)型有碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽和氧化物。
實(shí)用填料的粒徑范圍是0.01～44μm，形態(tài)有球形、針狀、纖維狀和片狀。填料粒子形態(tài)影響其包裝、涂膜的柔韌性和龜裂性等。粒徑和粒徑分布影響遮蓋力、粘度、涂膜孔隙度、介質(zhì)和表面活性劑需求量、光澤和細(xì)度等。填料與涂料基料之間反應(yīng)性是很重要的，它將影響涂膜的耐鹽霧、起泡、銹蝕和龜裂性能。
在用一種填料取代另一種填料，以生產(chǎn)相當(dāng)涂料性能方面已進(jìn)行了大量工作，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)填料互相以等重量或等體積進(jìn)行替代時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的涂料性能如：稠度、耐久性、滲透性、耐擦洗性、耐污染性、保光性等等。
填料是通過(guò)研磨天然礦石，或通過(guò)化學(xué)沉淀后再加工精制和粒度分級(jí)而制得的，其分離過(guò)程包括用濕法或干法篩分，浮選和離心分離。原料和加工工藝可能影響其顏料性能。
碳酸鈣或白土：CaCO3
內(nèi)用或外用涂料中，這是一類(lèi)最常用的填料，作用在于控制涂料的光澤、防霉、稠度和降低成本。碳酸鈣有天然和人工合成(沉淀法生產(chǎn))兩種類(lèi)型，粒徑范圍極廣，0.05～44 μm都可適用。天然碳酸鈣用量很大，因其價(jià)格便宜，在有些用途中是相當(dāng)合適的。粒徑較粗的品種只限制用于膩?zhàn)�、嵌縫漿、金屬用底漆和其它高顏料份、要求流動(dòng)和粗糙面的制品中。粗粒徑碳酸鈣消光能力很低。中等粒徑品種主要用于內(nèi)用平光和半光涂料以及房屋用涂料。細(xì)粒徑品種大部份是通過(guò)沉淀法生產(chǎn)的，用于印刷油墨。通常是將兩種粒徑的碳酸鈣配合使用以獲得性能平衡。
天然碳酸鈣填料的原料有石灰石、大理石、英國(guó)碳酸鈣。大多數(shù)品種CaCO3含量為95%～99 %。有些品種是干磨后再經(jīng)浮選而制備的。較細(xì)的是用濕磨，隨后再通過(guò)沉淀或離心法分級(jí)。許多品牌之間的粒形、平均粒徑、粒徑分布和純度差別很大。
天然碳酸鈣填料也廣泛地應(yīng)用于戶(hù)外房屋用涂料，可單獨(dú)應(yīng)用，也可與滑石粉配用。與滑石粉相比，天然碳酸鈣能降低粉化速率，改進(jìn)保色性，提高抗污染性能。上述用途提出了對(duì)粒徑的特定要求。細(xì)粒徑品種，尤其是稱(chēng)為“微細(xì)”級(jí)品種，能使涂層產(chǎn)生裂紋傾向。經(jīng)過(guò)測(cè)試證明這類(lèi)碳酸鈣填料粒徑應(yīng)較大，介質(zhì)需求量較低，活性也應(yīng)較低。這類(lèi)填料也適用于戶(hù)外房屋用乳膠漆以提高保色性能。碳酸鈣是堿性物質(zhì)，在水基涂料中可起到緩沖劑作用，但不能與對(duì)堿敏感性彩色顏料一起共 用，如鐵藍(lán)和鉻綠；也不能用于可能遇有水溶性鐵鹽或銅鹽之場(chǎng)合。碳酸鈣不能用于酸性催化的三聚氰胺聚酯烘漆，因?yàn)闀?huì)與催化劑發(fā)生中和反應(yīng)。作為一種類(lèi)型，沉淀或合成碳酸鈣填料的CaCO3含量為98%～99%，其粒徑小，粒徑分布狹窄，吸油量高，亮度高于天然產(chǎn)品。其中更好品牌的粒徑范圍為0.03～8μm，正屬于膠體范圍。有報(bào)道說(shuō)，對(duì)于內(nèi)用乳膠漆和紙張涂層遮蓋力來(lái)看，其最佳粒徑約為0.2μm。沉淀碳酸鈣最適用于需要最高干遮蓋力的場(chǎng)合。有些品種經(jīng)過(guò)松香或脂肪酸表面處理，進(jìn)一步改進(jìn)了其濕潤(rùn)和分散性能，用于有光涂料中也無(wú)明顯失光傾向。在有些配方中能降低表面孔隙的滲透性，因而提高了頭道涂層的封閉作用。
硅酸鎂或滑石粉：2MgO•4SiO2•H2O
這是一類(lèi)貯量豐富的礦物，世界各地多有開(kāi)采，其晶型和相關(guān)物理特征隨產(chǎn)地不同而有區(qū)別，通常是各種晶型的混合物。工業(yè)生產(chǎn)的滑石粉對(duì)涂料性能的影響受其結(jié)構(gòu)類(lèi)型或混合物類(lèi)型、平均粒徑和粒徑分布的控制。因?yàn)榇蠖鄶?shù)滑石粉產(chǎn)品基本是纖維狀或片狀，所以其分類(lèi)也是以此為基礎(chǔ)的。纖維狀滑石粉戶(hù)外耐久性最好，但在涂料中流動(dòng)性較差，涂膜平整度也不足。片狀滑石粉能賦予涂料優(yōu)異的可刷性、流平性、涂膜平整度和保光性，也能賦予涂料或油墨一種“潤(rùn)滑”性能。粒狀滑石粉數(shù)量很少，但具有最好的粘附性和可磨性，這就表明其適用于可打磨的封閉漆或表層涂料。
許多品牌滑石粉是專(zhuān)為特殊用途或目的而設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的，其粒徑從相當(dāng)粗、吸油量很低的大粒徑到吸油量很高的“超細(xì)”級(jí)而變化，后者的Hegman細(xì)度值可高到7。市場(chǎng)上也有經(jīng)過(guò)表面處理、吸油量很低、Hegman細(xì)度值只有6～7的滑石粉品種，這類(lèi)品種適用于有光磁級(jí)。滑石粉的性能也隨要求不同而有區(qū)別。滑石粉的干粉亮度高，在水性和油性系統(tǒng)中的色相均較好�；墼谒幸后w涂料中都容易濕潤(rùn)和分散，如有機(jī)溶劑、清漆、醇酸和水性體系；分散過(guò)程中僅需要適度的攪拌。滑石粉在涂料中具有優(yōu)異的懸浮性，也能有助于體系中其它顏料保持懸浮狀態(tài)。
粒徑較粗的滑石粉適用于一些要求粗糙涂膜或“有齒紋”的涂膜，例如內(nèi)墻用漆、底漆和縐紋漆。粒徑中等的品種(Hegman細(xì)度值大約為4)適用于房屋用漆，也可作一般填料使用。Hegman細(xì)度值為5～7的超細(xì)級(jí)滑石粉適用于控制半光涂料的光澤、稠度和流掛性能。滑石粉在膠泥、裂縫填充劑和膩?zhàn)又杏昧亢艽�。特殊產(chǎn)品根據(jù)要求不同決定選用粗粒徑或細(xì)粒徑滑石粉。
滑石粉可應(yīng)用于多種工業(yè)涂料中，尤其是底漆。鋼材結(jié)構(gòu)用底漆可全部或部份用滑石粉，可改進(jìn)涂料的沉淀性、涂膜的機(jī)械力以及再涂覆性。許多制品和閃烘底漆和運(yùn)輸工具用漆優(yōu)先選用滑石粉。包括滑石在內(nèi)的片狀硅酸鎂因其能提高打磨和抗水性能，所以適用于金屬底漆，其中抗水性能可能源自片狀粒子延伸了濕氣通過(guò)涂膜的途徑。
硅酸鋁或瓷土、高嶺土：Al2O3•2SiO2•2H2O
瓷土(高嶺土)類(lèi)填料的組成基本是硅酸鋁，產(chǎn)于美國(guó)卡羅來(lái)納、佐治亞州以及英格蘭等地。最初，瓷土作為一種廉價(jià)的填充料消費(fèi)于造紙工業(yè)，目前仍在大量應(yīng)用。近年來(lái)，生產(chǎn)商正使瓷土向適用于涂料工業(yè)發(fā)展。原先生產(chǎn)中只是簡(jiǎn)單地通過(guò)空氣干燥和浮選，現(xiàn)在已被水洗、嚴(yán)格地粒度控制、煅燒和表面處理所代替，從而提高了產(chǎn)品的檔次。在這些改革中，煅燒是最重要的工序，所以規(guī)模很大。瓷土粒子形態(tài)絕大部分是薄片狀，或六角形片狀物。用途最廣的品種粒徑大約10μm。所有品種的瓷土都具有不同程度的親水性，化學(xué)上都是中性，非煅燒品種的吸油量為25～44，煅燒品種為48～58。亮度為80%～92%反射值。瓷土填料每加侖體積大約重21.6磅，比碳酸鈣大約少1磅。由于其片狀體能增強(qiáng)涂膜機(jī)械力，所以瓷土能賦予涂膜柔軟性。如果用于房屋涂料，抗粉化性比滑石粉更強(qiáng)。瓷土已廣泛地應(yīng)用于金屬底漆，以提高其打磨性能。煅燒瓷土在室內(nèi)平光墻面漆和需要平整涂膜的涂料中用量不斷增加。這類(lèi)品種的粒徑極細(xì)，用于彩色半光和有光涂料中能降低浮色和漂浮傾向。在溶劑型涂料中，有些品種瓷土容易沉底結(jié)塊，但經(jīng)過(guò)煅燒和表面處理后的品種可克服上述弊端。由于瓷土親水，所以是水性涂料用的良好的填料，它們?cè)谒酝苛现芯哂泻芎玫膽腋⌒阅�，容易分散，且賦予涂膜良好的刷涂和流平性。瓷土通常與其它填料一起配用。
硫酸鈣：CaSO4和CaSO4•2H2O
這類(lèi)填充顏料以?xún)煞N基本形態(tài)存在：無(wú)水石膏和石膏(或石膏粉)。在涂料工業(yè)中廣為應(yīng)用的只有第一種形態(tài)。無(wú)水石膏可通過(guò)煅燒石膏而制得。無(wú)水石膏色澤明亮，在涂料中分散良好，可用于一些有光涂料以及要求其特殊性能的其它類(lèi)型產(chǎn)品中。
無(wú)水硫酸鈣稍溶于水并形成石膏，所以在乳膠漆中應(yīng)用貯存時(shí)會(huì)形成細(xì)長(zhǎng)狀結(jié)晶體。然而正是這種水溶性使其能與乳膠漆中某些組份反應(yīng)，因而無(wú)水石膏粉的應(yīng)用十分有限。
重晶石或硫酸鋇：BaSO4
實(shí)用的硫酸鋇填充顏料有兩種形態(tài)：研磨后的重晶石粉以及沉淀硫酸鋇。在通過(guò)研磨和漂洗工藝生產(chǎn)重晶石粉過(guò)程中，近期的進(jìn)展是改進(jìn)色相和細(xì)度；而且有優(yōu)異色相和更細(xì)粒徑的沉淀法硫酸鋇在涂料工業(yè)中尚未大量應(yīng)用，因?yàn)榍罢咭涯軡M(mǎn)足要求，且成本更低。硫酸鋇的主要用途是工業(yè)底漆，包括汽車(chē)底漆。因?yàn)槲土康停芏却�，粒狀或球形結(jié)構(gòu)，所以具有良好的填充性能，有助于光澤并具有良好的保光性。硫酸鋇幾乎都用于頭道漆光澤很重要的這類(lèi)涂料中�；瘜W(xué)隋性使其在高酸性條件下應(yīng)用的某引起需要抗化學(xué)性涂料中是大有價(jià)值的。
二氧化硅：SiO2
實(shí)用的二氧化硅有三種不同類(lèi)型：(1)將石英進(jìn)行研磨和分級(jí)而制得的普通二氧化硅；(2)硅藻土；(3)合成二氧化硅；
(1)石英型或結(jié)晶型二氧化硅：用途相當(dāng)有限。這類(lèi)填料分散困難，容易沉底結(jié)塊。由于不耐磨，所以在輥磨或球磨中研磨時(shí)會(huì)嚴(yán)重變色。它是木器填充劑中所用的主要填料，為此，它具有良好的綜合性能，吸油量低導(dǎo)致收縮性也低，與基料不起反應(yīng)，涂膜粗糙度良好。
(2)硅藻土或無(wú)定形二氧化硅：由于消光效果好，這類(lèi)二氧化硅用途很廣。其二氧化硅含量大約為83%～95%。大多數(shù)產(chǎn)品是白色，少數(shù)是淺灰、淺粉或米色。表觀密度低，吸油量高，加上不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，這些綜合因素使其產(chǎn)生很高的消光效應(yīng)、增稠能力和良好的懸浮性能。硅藻土廣泛地應(yīng)用于內(nèi)用平光墻面涂料。由于孔隙多，質(zhì)地脆，所以對(duì)平光墻面涂料的去污和耐擦洗性能有負(fù)面影響，但比其它多數(shù)填料在磨擦和洗滌之后更能增亮光澤。這類(lèi)二氧化硅也已用于戶(hù)外房屋涂料消光，有報(bào)道說(shuō)有助于綜合耐久性，具體應(yīng)用比例根據(jù)稠度、刷涂性和流動(dòng)性結(jié)果而定。制漆中不用研磨只用高速攪拌或卵石磨進(jìn)行簡(jiǎn)短分散是有利的，否則，這種二氧化硅的脆性粒子可能被破壞，從而大大降低其消光能力和在涂料中的懸浮性能。由于在涂料生產(chǎn)中二氧化硅粒徑明顯降低是不現(xiàn)實(shí)的，所以仔細(xì)選擇硅藻土的品牌并用Hegman計(jì)測(cè)定細(xì)度是非常重要的。
(3)合成二氧化硅：這也是一種無(wú)定形二氧化硅，通過(guò)合成法生產(chǎn)，消光能力很強(qiáng)，適用于硝基噴漆、清漆和磁漆以降低光澤。
云母：K2O•3Al2O3•6SiO2•2H2O
云母中包含有組成和性質(zhì)各不相同的幾種礦物，由上式表示的白云母是云母粉填料常用的原料。云母以象書(shū)本一樣多層晶狀薄片體形式存大于自然界。當(dāng)?shù)V石在壓縮空氣作用下剝離成碎片，再經(jīng)過(guò)濕磨和干粉便制得云母填料。濕磨后品種用途最廣，粒徑相當(dāng)大，約為325目( 43μm)。也有粒徑僅為5～10μm的品種。云母具有獨(dú)特的片狀結(jié)構(gòu)，這是其賦予涂膜特殊性能的根本原因，包括增強(qiáng)涂膜的機(jī)械力，增加水份或濕氣滲透過(guò)涂膜所必須通過(guò)的路徑的長(zhǎng)度。在油性房屋用漆中加入少量云母粉可防止產(chǎn)生裂紋；在墻用乳膠漆中也具有防裂和改進(jìn)洗刷性功能。云母粉在涂料中的用量比例一般很低，只有顏填料總量的5%。少量云母可作為一些美國(guó)聯(lián)邦規(guī)格結(jié)構(gòu)鋼材底漆的一種特殊組分，能提高耐鹽霧性和耐久性。在戶(hù)外涂料中，云母通過(guò)反映光線而賦予涂膜亮光，這對(duì)于有些產(chǎn)品是很重要的。
硅酸鈣：CaSiO3
由硅灰石制得的硅酸鈣具有針狀結(jié)構(gòu)，良好的亮度和很低的吸油量，適用于油性房屋涂料，平光或半光內(nèi)用涂料和乳膠涂料。其pH約為9.9，在堿性條件下的乳膠漆中能起到緩沖作用。
合成硅酸鈣是一種水合硅酸硅酸鈣，由硅藻土和石灰經(jīng)水熱反應(yīng)制得。粒形可由“園形”到針狀而變化。所有品種的平均粒徑都為1.6～3.8μm，屬于膠體范圍。其較好的品種為白色。這類(lèi)填料性能比硅藻土優(yōu)越，其極高的吸油量意味著具有很強(qiáng)的消光能力和高干遮蓋效應(yīng)。在涂料中應(yīng)用比例不大，只有填料總量的10%。其吸水量特高，生產(chǎn)商推薦用于乳膠漆。
