В соответствии со стандартом DIN55943 наполнителями определяются как порошкообразные вещества, которые практически нерастворимы в используемой среде и применяются для оптимизации рецептуры и улучшения технических свойств, изменения оптических свойств. Они очень часто применяются в различных лакокрасочных материалах, для улучшения их свойств. Кроме того, стандартом DIN 55945 определяется, что белые наполнители, коэффициент преломления которых обычно ниже 1,7, в определенных случаях могут являться пигментами. Наполнители не вносят значительного вклада в свойство укрывистости, поскольку коэффициенты преломления большинства пленкообразующих веществ, включая растворители марки 646, 647, 648 меньше 1,7. Они используются в количествах меньших, чем критическая объемная концентрация пигмента. Укрывистость сухой пленки зависит главным образом от количества присутствующего диоксида титана — белого пигмента, который имеет высокую укрывистость благодаря высокому коэффициенту преломления.
При концентрациях, превышающих КОКП, укрывистость сухой пленки становится заметной. В микропорах сухой пленки образуются воздушные пузыри и, следовательно, укрывистость зависит и от количества диоксида титана, и от наличия микропустот.
Если коэффициент преломления наполнителя превышает 1,7 (например, оксида цинка), такой наполнитель можно классифицировать как пигмент, хотя такой переход не имеет четких границ.
Обычно наполнители используют для увеличения объемного наполнения в целях уменьшения стоимости конечного продукта. Для модификации и улучшения свойств наполнителей используются сложные методы обработки (например, измельчение, поверхностная обработка и осаждение), что приводит к проявлению других важных свойств наполнителей. К основным свойства наполнителей относятся:
- химический состав;
- форма частиц и гранулометрический состав;
- плотность;
- насыпная плотность и объем после встряхивания;
- удельная поверхность;
- белизна;
- абразивные свойства (абразивность или истирающая способность);
- рН;
- смачиваемость, диспергируемость;
- маслоемкость.
В красках наполнители должны быть химически инертными. Сопутствующие компоненты (например, ионы железа) могут изменять цвет наполнителя. Сульфаты, сульфиды, щелочи, ионы щелочных и тяжелых металлов могут создавать проблемы из-за своей химической активности и токсичности, а также могут влиять на атмосферостойкость.
Поскольку эти вещества присутствуют главным образом в виде водорастворимых солей, они могут приводить к повреждениям пленки краски. Например, пленка краски выцветает под действием влаги. Это важно для красок наружного использования, так как они подвергаются атмосферным воздействиям и коррозии.
Наполнитель должен быть кислотоустойчивым (например, барит, тальк, слюда, каолин, кремнезем и силикаты). Минералы с пластинчатой (слоистой) структурой (такие как тальк, слюда и каолин) особенно подходят для антикоррозионных систем, так как они способны располагаться в покрытии параллельно подложке, в отличие от частиц другой формы.
Чем лучше кроющая способность, тем меньше краска проницаема для паров воды, а значит, меньше образование пузырей и выше адгезия пленки. Последние разработки доказали, что особые виды кальцитов позволяют значительно усилить устойчивость ЛКМ к коррозии. Это можно объяснить буферным эффектом, который защищает пленку краски от вредного воздействия кислот, содержащихся в воздухе. Вместе с тем наполнители пластинчатой формы не могут «загрязняться» частицами другой формы (например, тальк — карбонатами).
Частицы могут иметь следующие формы (цифры отмечают соотношение геометрических размеров):
- сферическую 1/1
- кубическую 1/1
- параллелепипеда (1-4)/(1<1)
- пластинчатую (слоистую) (1/4-1/100)
- волокнистую 1/< 1/10
Производители лакокрасочных материалов стараются сохранить исходную форму частиц при обработке, учитывая требование производителей красок о том, чтобы пластинчатая форма каолина талька и т. д. оставалась неизменной в процессе измельчения. Размер частиц и гранулометрический состав — важные факторы в определении пригодности наполнителя для использования. Распределение частиц по размерам (полидисперсность), получаемое в результате измельчения, соответствует распределению Гаусса. Гранулометрический состав количественно характеризуется средним размером частиц d50, мелкими фракциями и крупными частицами.
Знание гранулометрического состава дает возможность обеспечить оптимальную плотность упаковки. Пустоты между отдельными частицами можно заполнить более мелкими частицами, что предотвращает проникновение пленкообразующего вещества. И производители, и потребители стараются удостовериться, что продукты всегда имеют одинаковый гранулометрический состав. Однако если предлагаемый наполнитель не дает возможность получить оптимальную плотность упаковки, его можно смешать с мелкодисперсным наполнителем или с наполнителем, имеющим другую форму частиц.
Слоистые наполнители улучшают следующие свойства лакокрасочных материалов и покрытий: реологические (тиксотропные свойства, которые могут быть улучшены добавлением талька или каолина), матирование (тальк), повышение укрывистости (тальк, каолин) и адгезии (тальк, каолин).
