二氧化硅消光粉由于具有優異的特性，已經成為目前亞光涂料中應用最廣的一種消光助劑。二氧化硅是一種固體粒子，無論經過怎樣的制造過程，它都不可能是由一種粒徑組成的，而是在一定粒徑范圍內波動，還會形成一定的規律。不同的粒徑，顯現的幾率是不同的。粉體顆粒均勻度好，應用性能好。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用性能的影響，對涂料生產中消光粉的選擇有一定的實際指導意義。

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（上海現代）；60°鏡向光澤儀（天津）；斯托默黏度計（上海現代）、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。貯存穩定性：配好的主漆在50℃的烘箱中放置15d，觀察沉淀體積，用調墨刀測試沉淀物的軟硬程度。

2.結果與討論

2.1粒徑與消光性能的關系

2.1.1平均粒徑與消光性能的關系

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。根據試驗結果分析，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調。若平均粒徑太小，埋在涂膜內不能突出表面構成表面粗糙度，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。粉料的最佳粒徑一般應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，發揮消光作用的粒子就越少，起不到應有的消光作用。從2.1.1可知，當平均粒徑與涂膜的厚度協調的情況下，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粒徑與防沉性的關系

分別選用平均粒徑為6μm、8μm、9μm、10μm的樣品進行黏度測試。結果發現在相同的體系中，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為分散介質黏度，Pa·s；ρs為顆粒密度，kg/m3；ρ0為分散介質密度，kg/m3；d為顆粒當量粒徑；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。