硅微粉在涂料中的神奇作用

世界油漆与涂料工业协会（WPCIA）预计，2014年至2018 年，世界涂料产值年复合增长率约将保持在5%以上。随着全球制造业向亚太地区的转移，亚太地区的涂料产量逐年增长，已成为全球最大的涂料生产地区，而中国是全球最大的涂料生产国。

图1：2006年-2016年我国涂料产量情况

（来源：公开资料整理）

涂料性能的改善离不开无机填料，其中硅微粉作为一种重要的填料可以显著提高涂料的许多性能，而且硅微粉是一种无味、无毒、无污染的非金属材料，具有硬度大、导热系数低、耐高温、绝缘和化学性能稳定等优点。市场上大多数硅微粉是经过成本较低的物理法得到，其市场前景相当广阔。

图2：硅微粉（来源：网络）

在粉末涂料中钛白粉是主要的白色填料，但是其制备工艺复杂，对环境污染较大，价格昂贵。硅微粉与钛白粉结构相似，所以尝试用硅微粉代替钛白粉。

涂料的硬度与主要成膜物质、颜料和填料有关，主要成膜物质一定时填料对于涂膜硬度起主导影响。由表2可以看出，随着硅微粉含量的增加涂膜硬度增加，从而可以大大提高涂膜的耐磨性。

硅微粉有较大的表面活性，在界面上与环氧集团形成远大于范德华力的作用力，有利于硅微粉与环氧树脂之间的应力传递，提高了承担载荷的能力。这是最初随着硅微粉的增加，涂料耐冲击力增大的原因。当硅微粉的量超过50%时，复合材料的强度下降，耐冲击力随之下降，所以硅微粉不能完全代替钛白粉，但是可以协同作用，一定范围内提高耐冲击力。

不饱和聚酯绝缘漆由二元醇、饱和二元酸及不饱和二元酸先聚合，然后再加入苯乙烯、邻苯二甲酸二烯丙酯或丙烯酸酯稀释而成。电性能、力学性能好，适合于各类电机、变压器的浸渍处理，可提高电器的绝缘性能、力学性能和导热性能。

图3：1为普通硅微粉填充的绝缘漆；2为活性硅微粉填充的绝缘漆；3为韩国DPI公司推出的硅微粉填充不饱和聚酯绝缘漆DVB2152

上图能明显看出通过偶联剂处理形成的活性硅微粉可以使绝缘漆吸水率大大降低，这是因为普通硅微粉极性强，具有亲水性，所以其吸水率较大。活性硅微粉表面因与硅烷偶联剂的水解基团通过水解、缩合作用，形成共价键，在表面形成一层硅烷偶联剂膜，这样表面就从极性变成非极性，从而具有憎水性、亲油性，因此降低了不饱和聚酯绝缘漆的吸水率。

表4硅微粉种类对绝缘漆电性能的影响

从上表可以看出添加了活性硅微粉后，绝缘漆的电气强度和体积电阻率明显提高，这是因为硅微粉经偶联剂处理后，硅微粉与树脂结合更加紧密，提高了绝缘漆的电性能。

不过硅微粉的添加会导致涂膜的光泽度和白度下降，如果对光泽度和白度要求不高的话那硅微粉是钛白粉很好的替代品。