消光粉的消光原理

消光粉消光原理

主要内容：

一、解释什么是消光效果

二、获得消光漆面的基本要素

三、消光剂/消光粉的主要类型及品种

四、讨论如何分散消光剂//消光粉

五、影响消光效果的参数

六、总结消光涂料的最流行应用领域

引子：为何需要消光？

日常生活中具有消光效果的物品随处可见：在家中，在上班的路上，或在夜幕下的餐馆里都可见其踪影。室内家具多采用了消光面，覆盖于餐馆外部的木质板材基本也消光外表。当面临是选择亮光的还是消光的效果时，我们不仅仅局限于时尚和外观需求。实践证明，易清洁性，光亮效果及触摸感觉等方面的要求也影响着我们的选择。当我们抵达办公室，不论是驾车，乘公共汽车还是坐火车，都会发现各类交通工具的内部装饰面基本是消光的。从实用和安全的方面考虑，学校的黑板都是采用消光表面避免刺眼。轿车的内部也采用这类设计，一些经济实用的装置以及内部的装饰为了安全考虑均采用了不刺眼的消光漆。

防反光是一项课题。摩天大楼表面一般不刷光亮的涂料，而是在钢或铝的基材上用预先涂漆的板材进行覆盖，且均使用用消光涂料，以避免产生危险的反光，刺激行人或汽车司机的眼睛。

此外，经济实用是选择涂料表面状态的另一个重要因素。比如，当某些基材被擦伤、有轻微凹坑以及弄脏时，采用消光涂料可以掩饰这些缺陷，而涂覆光亮漆却难以掩盖此类瑕疵。

什么是消光效果

什么是‘消光效果’？比如色彩，不论是消光还是光亮的外表，都是我们的感官所形成的一种主观印象。光线从一个平整的表面反射到我们的眼睛中，我们根据其光泽进行归类。(白色)

精确地说，只有照射在表面的部分光线被直接反射回来，其余的进入漆膜，在内部散射开来，并被颜料和基材吸收。(黑色、黄色)

反射强度取决于表面的平整度。例如镜子，众所周知对光线反射率高，其表面十分光亮。相

反地，微观粗糙的漆膜表面散射光线，只反射部分光线。在这个例子中，一个黄色的消光面出现了。

获得一个完美的消光效果的条件是将所有的入射光散射开。这还意味者使照在基材上直射光线衍射开。否则，基材将会完全传送出光线，而形成光亮的外观。

漆膜表面的微观粗糙程度是使光线散射的原因，这样就形成了一个消光效果的表面。

获得消光漆面的基本要素

浮石粉在过去用于打磨干燥漆膜的外表面。通过加工获得细微擦痕，使漆膜具有精细的、高贵的消光外表。现在有更多的材料用于制造消光表面。尽管有些加工过程较为复杂，但是却十分快捷。以硅石、石蜡、有机材料甚至填料为基础的添加剂，可以添加在涂料中，在干燥后能形成微观粗糙的漆膜表面。

图 1 : 消光涂膜的形成

溶剂型涂料施工后，溶剂立即开始挥发，伴随着粘度的增加，涂饰逐渐困难直至完全干燥，形成了坚硬又有弹性的漆膜。溶剂的挥发导致消光剂分布在整个漆膜表面，同时漆膜变薄。这种收缩是产生微观粗糙面的主要原因，或者换一种说法，即获得了一个消光的漆膜。

下图解释了为什么有机挥发物（VOC）含量高的比固含量高的涂料容易形成消光的效果。我们可以得出一个结论：树脂固含量越高，越难获得消光表面。UV或EBN系统几乎没有收缩，正是这些涂料如此难以获得消光效果的原因。

也可以说，涂料漆膜越厚，越难获得消光表面。

图 2 : 含消光粉的漆膜切片

三、消光剂/消光粉的主要类型及品种

所有应用于涂料领域的消光剂/消光粉都有其功效和特点。

o 二氧化硅

o 石蜡

o 填料

o 有机物

二氧化硅的用途

从硅石获得消光剂的方法很多，根据其制造工艺主要可以分为两类。一类是凝胶法，一类是沉淀法制造。经过处理后的两类产品均可制成标准的二氧化硅消光剂。处理过程是指使用有机(石蜡)或无机材料对二氧化硅表面进行一定程度的改性。处理过的二氧化硅拥有不同的粒径、粒径分布和孔隙体积。

二氧化硅的消光效果相对较强，使用量大时可能导致粘度升高。储存过程中有沉淀的趋势，特别是未经处理的二氧化硅。

合成的硅酸铝能部分替代二氧化钛做为一种高质量增量剂使用，可应用于乳液底漆。该产物在干燥的乳液漆膜中能表现出均衡的消光效果。在长油醇酸树脂体系中可做为消光剂使用，但必须与颜料和填料一起进行分散。除了在粉末涂料系统中，二氧化硅消光剂可应用于所有的涂料。

石蜡的用途

现在，市场上有多种不同的石蜡制品。以聚乙烯、聚丙烯及巴西蜡等为基础的蜡制品在涂料和油墨中使用最为普遍。以聚四氟乙烯（PTFE）为基础的蜡制品也可做为消光剂使用。

与二氧化硅相比，石蜡是通过浮在最外层表面对漆膜进行改性。由此还会影响以下性能：消光度/光泽；防滑和防污性；抗粘连性和抗磨性，抗沉降性以及抗表面张力性。

这些产品多数是进行了微粉化加工，使其在以蜡乳液为基础的涂料中，可以在较宽的浓度范围内使用。其分散性依据粒径和粒径分布的不同而变化。

填料的用途

通过使用特定的填料，我们可以明显地增加涂料的颜料体积浓度，并且可以影响到各个方面。这就是为何消光的概念仅局限于色漆，经济型低档次涂料体系的原因。

填料的粒径分布范围很窄，因此必须同颜料一起分散。为调节所需的光泽度，通常是在涂料制造过程的最后加入二氧化硅中进行搅拌。

有机材料：

通过现代的研磨技术，我们可以研磨加工以聚甲基脲树脂为基材的塑料。该产品对粘性影响很小，热稳定性可达200°C，具有良好的抗溶剂性，且容易分散。

四、如何分散消光剂//消光粉

通过研究消光剂，我们可将其分为两种类型：(i)与涂料一同搅拌混合，以及(ii)与颜料和填料一起分散。第二种过程容易实现。通过使用适当的设备就能同颜料和填料一起得到很好的分散(高速分散机，球磨机，等等...)。

图 1 :

二氧化硅、石蜡或有机物做为消光剂进行分散时，有三种不同方法可以采用：通过浓缩(浓色体技术)方法；涂料制造时直接进行分散；或者根据用户要求，在涂料施工的最后阶段进行，以便能轻松调节消光度。

浓缩方法存在有利和不利的方面。有利方面是浓缩物容易获得，也能通过搅拌器的低速搅动进行混合。不利的一面在于，首先，消光剂的浓缩程度并不高，其次，溶剂会从浓缩物表面挥发，导致浆状消光剂储存时的稳定性下降。并且会积聚形成半干状的团块，添加在涂料中时难以分散。最后，若该浆状浓缩物含有树脂则难以得到广泛应用。

在生产涂料时要考虑的问题是加入消光剂所常用的混合方法。利用搅拌器或溶解器可将松软的消光剂与低粘度的粘接剂混合。多数的消光剂都容易进行分散。例如，使用球磨机就可大大降低其粒径，获得较高的光泽，因此较高剂量消光剂的使用可以调节所需的消光度。在添加消光剂调节最终消光度时，需要进行搅拌，消光剂还应该很容易地分散，搅拌装置也要简单。要确保容器内有足够的空间，使消光剂能从顶部倒入，要保证容器能够密封以避免粉尘，这些都是在生产中所必备的条件。

临界速率m/sec

速率 min-1

溶解器圆盘直径mm 周长

mm

1000 1500 2000 2500 5000

临界速率 m/se c

30 94 1.5 2,4 3,1 3,9 7,9 40 126 2,1 3,1 4,2 5,2 10,5 60 189 3,1 4,7 6,3 7,9 15,7 80 251 4,2 6,3 8,4 10,5 20,9

100 314 5,2 7,9 10,5 13,1 26,2

如何控制消光剂的分散质量？

当消光剂使用时，有必要测量涂料的细度或赫格曼值（Hegmann value），以获得分散程度的信息。再者，我们还能控制60°范围的光泽度。

从以上所提及的主要参数中，我们可以看到产品表现的光泽性必须能够控制。此外，测量60° 和85°的光泽度对于我们更进一步理解消光度也是十分必要的。既然没有一个与常用涂料体系进行比较的规则，做为一个可以接受的方法，粒度值有时也是可以定义的。细度通常可大于25微米，比如二氧化硅消光剂。减小粒度值，则降低消光效果，增加光泽。粘性和透明性(用于清漆，光敏类涂料)也必须控制在一个相对的标准范围。

五、影响消光效果的参数

改变消光效果的因素有两个方面：产物的特性和涂料的特性参数。

* 消光剂的浓度

* 消光剂的性能

* 涂料体系

消光剂的浓度

用户通常会测试消光剂的多项质量指标。他们会评估产物、不同的化学组分、制造和浓缩技术，并通过共混认识产物以及了解在分散性能方面的区别。图1表明了消光剂平均粒径的影响以及浓度对光泽度的影响。

图 1 : 光泽度参数

图 2 : 石蜡参数

消光剂性能

消光剂的平均粒径越小消光效果不一定好，但获得的漆膜光滑。反之，粒径较大则消光效果强，但漆膜不光滑。

在清漆的储存过程中，若消光剂粒径较大，则会有分离和沉积的趋势。特别是未经处理的二氧化硅和填料，必须同抗沉降剂或精细石蜡微粒联合使用才能避免该现象。精细的石蜡微粒和容易分散的疏水性氧化硅可以推荐使用，因为它们与那些添加剂具有相近的折射率。

常用的硅石、石蜡和有机消光剂，和树脂具有折射率相同，是其能够广泛应用的原因之一。木头、薄膜和皮革(天然或人造)等基材必须覆以透明涂料。使用消光剂时，对涂料透明性的影响必须小，所选树脂和消光剂还应具有相同的‘折射指数’，因为这样可增加涂料的透明性。消光剂在漆膜中的用量对透明性也有影响。效率较高的消光剂需要的添加量小，可以获得更好的透明性。

涂料体系

影响涂料体系的典型因素有(i)粘接剂体系，(ii)涂料的应用方面，(iii)涂层厚度，和(iv)干燥条件。下图表明了不同粘接剂体系的消光效果。

图1：不同的应用对消光效果的影响

下图表明不同的施工工艺对消光效果的影响。

图2 : 施工工艺对光泽度的影响

有时涂料可在不同的条件下干燥，例如，经过一周强制干燥后再进行空气干燥。结果是获得不同的消光度。通过应用多层相同的漆膜能够增加相同的光泽效果。

图3 :

图4 :

上图表明了这些影响。

流行应用领域

涂料在这些领域为什么如此受欢迎。

装饰涂料清漆，溶剂漆

装饰涂料色漆，溶剂漆

主要用于外观涂饰木材上色

乳液漆

水基装饰性涂料

地面涂饰外观，防反光、防滑

工业涂装，热固化、空气固化及异氰酸酯固化

防反光，外观及时尚用途金属和塑料涂饰

电泳涂料二氧化硅做为高性能填料卷材和容器涂料

家具涂料，清漆和色漆；

外观、时尚，防反光，防滑UV固化系统

镶花木地板面漆

墙纸和金属箔涂料

外观、时尚，防反光

防滑

皮革和人造皮革时尚，防反光，触感外观

消光罩光漆

防反光

胶版印刷油墨

在粉末涂料中用做助流动剂

解玉光

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