在涂料中加入顏料或填料，均勻分布于涂料膜中并形成一種微粗糙面。表面顆粒越大，微粗糙程度越大，光澤就越低。有時生產無光涂料使用輕質碳酸鈣或滑石粉等，用量較大，常常超過涂料的臨界顏料體積濃度而使涂膜的物理性能變差，如分層和硬沉淀等現象，使用消光劑可避免這一現象。常用的消光劑分有機和無機2類，無機消光劑主要是白炭黑消光劑，其化學成分是二氧化硅，分為表面經有機物處理和未處理2種。本文著重討論白炭黑消光劑在涂料中的應用。
1 白炭黑消光劑
天然二氧化硅經研磨處理制得石英砂(粉)，雜質含量較多，主要成分是二氧化硅，不能稱為白炭黑，也無消光性能，只能作為填料應用于涂料中，并無消光效果，而作為涂料用的白炭黑消光劑主要是合成二氧化硅，分氣相白炭黑和沉淀白炭黑2類，其微觀結構是無定形或呈玻璃態。沉淀法合成白炭黑系以石英砂為主要原料，將其和氫氧化鈉或碳酸鈉在窯爐中高溫熔融反應再經后處理制得。氣相法白炭黑是由四氯化硅蒸氣在氫氧焰中水解制得，其反應式如下：
1800℃
SiCL+2H2+O2------->SiO2+4HCl
與天然二氧化硅相比，白炭黑的二氧化硅純度高、惰性大、耐紫外光。無定形二氧化硅折光指數為1.46，與涂料工業中很多樹脂的折光指數相近，因而無定形白炭黑可以作為消光劑用于涂料中，具有良好的光學性能。
2 白炭黑消光劑消光機理
不含消光劑的清漆涂膜呈鏡膜流平狀態，當光到達鏡膜表面時，入射光部分被吸收，部分被反射，反射部分使膜呈現光澤。含有白炭黑消光劑的漆膜，均勻分布于漆膜中的白炭黑粒子形成一種微粗糙面。從涂膜截面掃描電子顯微鏡照片可以清晰地看到消光劑粒子均勻地分布于涂膜中，當入射光到達凹凸不平的漆膜表面時，發生漫反射，即發生散射產生低光澤的亞光和消光外觀。采用高孔隙率、最佳粒徑分布以及表面處理適宜的白炭黑消光劑可以得到最佳的消光效果。
3 白炭黑的消光性能和影響因素
使白炭黑成為有效而通用的消光劑主要取決于白炭黑的4個重要特性：平均粒徑及其分布、孔隙率、密度和表面處理。
3.1 平均粒徑及其分布
白炭黑的平均粒徑及其粒徑分布對涂料光澤的降低起著重要的作用。通過不同的工藝處理可以獲得粒徑不同，粒徑分布均勻的消光用產品，平均粒徑越大，漆膜表面粗糙度越大，消光性能越好，但太粗的顆粒會影響感觀和手感。太細又會增加涂料的黏度，因而顆粒選擇要適當，一般木器漆中的白炭黑平均粒徑以4-8 lam為佳。粒徑分布寬表明有大量的“粗”和“細”顆粒，使涂料增黏和過度粗糙，故粒徑分布越窄越好，一般是根據干膜厚薄來選擇不同粒徑的白炭黑消光劑，以達到最佳消光效果。
3.2 孔隙率
光澤度的降低是白炭黑消光劑粒徑的效應，對于選定粒徑的消光劑來說，高孔隙率白炭黑的消光效果更好，因為高孔隙率白炭黑單位質量所含白炭黑粒子微孔容積大，其消光性越好，即漆膜光澤越低。孔體積不同的白炭黑消光劑消光性比較如圖1所示。
3.3 表面特性處理
一般涂料使用未處理的白炭黑消光劑，因其中已有顏料，會出現沉淀現象，另外未處理白炭黑對涂料的黏度有影響，賦予涂料體系觸變性而起到防止顏填料沉降的作用。用有機涂覆物(主要是高分子蠟)進行表面處理得到容易分散的白炭黑消光劑，可使干膜手感滑爽，抗損傷性好等，在低黏度清漆體系中還有防沉作用，但經蠟處理的白炭黑消光性略差，而且消光劑pH也有不同，適用范圍也不同。例如，pH低的白炭黑在酸性催化涂料中有效，而pH為中性的白炭黑適用于水性涂料。
3.4 密度
雖然密度和消光劑的消光性能無直接關系，但密度低，其孔隙率大，比表面積大，吸油量相應增大，而吸油量對消光性也有一定的影響，一般白炭黑吸油量大，消光性要好些。白炭黑除本身的物理性能影響消光性外，在涂料體系中，還有其他因素影響消光性。
3.5 白炭黑消光劑消光過程
干膜厚度對消光性影響較大，白炭黑在涂料體系中的消光作用是在涂膜干燥過程中逐步實現的。白炭黑顆粒均勻分布于涂料體系中，涂料涂布于器具表層，濕膜較厚，白炭黑顆粒分布于涂膜中下部，其表面呈鏡膜流平狀態，當光照射時，入射光絕大部分被反射出來，光澤很好。隨著溶劑的揮發，涂膜收縮變薄，這時大的顆粒先突出漆膜表面，光澤下降，隨著漆膜的變薄，當達到表干時，大部分白炭黑粒子會突出涂膜，形成凹凸不平的粗糙表面，當光入射時形成漫反射，涂膜就變成無光或亞光狀態，從而達到消光的目的。如果白炭黑粒子尺寸大大超過干膜厚度，雖然消光效果好，但不光滑，手感粗糙，甚至影響流平；白炭黑粒子尺寸小于漆膜厚度，大部分粒子不能突出涂膜，降低了消光效果，結果通過增加白炭黑消光劑的用量采達到消光作用，成本增加，而且表面效果也變差，故白炭黑粒徑選擇要適宜。
3.6 涂料基料的影響
有些涂料基料很難消光，如聚丙烯聚氨酯、長油醇酸樹脂涂料以及聚酯等體系，樹脂體系本身就有高光澤度，要達到消光較難。而木器涂料中的硝基纖維素、短油醇酸樹脂等體系本身就有消光性，與其他涂料相比，白炭黑的用量可減少很多，有些可減少2％-4％。研究表明，不易消光的涂料中摻用某些易于消光的樹脂，可減少消光劑用量，達到同樣的消光效果，并提高漆膜的透明度和干燥速度.
3.7 固化劑的影響
有些涂料消光性與固化劑品種也有較大關系，如采用HDI的三聚體或TDI/HDI的混合三聚體與加成物相匹配，就可因2種物質含量不同而產生不同程度的消光性，酸固化氨基(脲醛)醇酸涂料也能產生消光性，以減少消光劑用量，降低成本，并提高涂膜透明度，而普通TDI-TMP加成物無消光性。由此看來雙組分聚氨酯涂料與固化劑品種關系較大，固化劑使用得當不僅可減少消光劑用量，而且可提高漆膜透明度，降低生產成本，同時也提高漆膜的耐黃變性。
3.8 漆膜干燥方式
涂料表干較慢涂料光澤較高，相反，表干較快則涂膜光澤較低。涂料固體含量較低時，涂膜干燥時收縮大，表面光澤降低，如用快干固化劑配套的雙組分聚氨酯涂料，其表干速度比普通固化劑快，其表面光澤降低也快，具有消光性，這也是降低涂料中消光劑用量的一 種方法。
3.9 稀釋劑的影響
稀釋劑中高沸點成分多，稀釋劑揮發就慢，漆膜的光澤就高；相反，稀釋劑中低沸點成分多，稀釋劑揮發就快，其光澤就低。
3.10 助劑
有些助劑用于亞光漆中可輔助消光，如在雙組分聚氨酯涂料體系中加入有機錫作催化劑，對涂膜有較輕微的影響，隨其用量增大，消光性有所改善。再如改善表面手感的各種蠟助劑，在漆膜表面形成凹凸不平的結構，也具有一定的消光作用.
3.11 其他因素影響
雙組分聚氨酯涂料交聯密度低，易消光；交聯密度高相對難消光。涂料固體含量高，其光澤較高，尤其是當涂料樹脂比例大時，其消光性變差；相反，固體含量低時，消光性能就好。
4 白炭黑消光劑的分散
白炭黑形成過程中，羥基會與白炭黑顆粒表面上的一些硅原子相連接，表面成為親水性的，因而易潮解，加上貯存和運輸過程中的堆壓和振動，很容易產生團聚，因而消光劑的分散顯得尤為重要。經過表面處理的白炭黑較易分散。分散要在有高速攪拌的裝置中進行，一般使液體保持層流旋渦狀態。槳葉速度為5～6m/s，時間一般為15～20min，在分散經蠟處理的白炭黑消光劑時，注意溫度控制在50℃以下。
5 白炭黑消光劑防沉淀
含白炭黑消光劑的木器涂料在貯存中易產生沉淀現象。若涂料黏度較低，沉淀更易產生。沉淀通常有2種：一種是容器底部形成較硬而結實的沉淀物，很難攪勻，難以再形成均勻體系，這種現象明顯影響漆膜質量，降低消光效果，致使表面起粒，手感粗糙，甚至不能使用。另一種是在容器底部形成松軟狀沉淀物，經攪拌可形成均勻體系，這種現象不會影響涂膜質量。為避免沉淀，可采取以下預防措施
●高檔消光涂料加入0.5％—2.0％(質量分數)的氣相白炭黑消光劑，就足以防止沉降和起到促進懸浮的作用，如果是經有機物表面處理的白炭黑消光劑效果更佳。
●相應地提高涂料體系黏度也能防止沉淀，因為黏度增大，沉降困難；也可以拼人少量的高紗硝化棉以減慢沉降。
●分散可從2個方面考慮：一是物理方法分散，一般用砂磨機、球磨機或高速攪拌等機械。這種分散不會破壞白炭黑結構，但可增大其黏度。另一種是加入分散劑使白炭黑通過分散劑與樹脂、溶劑等均勻地混合在一起，達到防沉、防絮凝的目的。經分散的涂料細度一般控制在20-35 μm，涂料的表面可達到良好的消光效果。
●進口氣相法白炭黑密度小，且觸變性很好，有很好的懸浮性，但其價格昂貴，到貨周期長。國產氣相法白炭黑亦可達到要求，價格又適宜，到貨又快，可以大部分地替代進口白炭黑消光劑，大大降低成本，又不影響消光效果。對于中低檔涂料，可采用超細或微米級沉淀法白炭黑替代部分氣相法白炭黑消光劑，效果也是可以的，而成本又可再次降低。
白炭黑有2種添加方法：一種是將白炭黑消光劑配制成消光漿料加入到涂料中混合均勻；另一種是白炭黑消光劑以消光粉的形式在任何生產工序中加入并均勻混合。前者局限性較多，如白炭黑吸油量大，濃度受到限制(15％～25％)，使消光劑在成品漆中的濃度受到限制；各種涂料配方不同，需要多種消光漿來調配，比較煩瑣；消光漿作為半成品，要考慮穩定性，且消光漿用的樹脂、溶劑體系不同，只能專配，配成的消光漿放置一段時間會產生沉淀，因此需加入助劑以保持流動性和防止硬沉淀，但添加量小時用消光漿法有利于均勻。后者直接添加比較方便，而且能達到消光效果。
6 白炭黑消光劑在溶劑型木器涂料中的應用
白炭黑高效消光劑在涂料工業中應用廣泛，其適用的品種較多，這里主要介紹溶劑型木器涂料中白炭黑消光劑的應用。
6.1 高固體分涂料
高固體分涂料因其固體含量高，揮發性溶劑很少，漆膜收縮不大，使得消光劑用量增加，致使黏度增加，影響消光效果。為了達到理想的消光效果，白炭黑消光劑粒徑尺寸顯得較為突出，應根據干膜厚度來選擇消光劑粒徑。選用粒徑小的消光劑，消光效率低，白炭黑用量大，易產生堆積、泛白、透明度不好等；選用粒徑較大的消光劑，可滿足手感效果，又可起到消光作用，但要適宜。
6.2 清漆
清漆主要作用是在器具表面罩光。亞光清漆是匹配添加消光劑使涂膜產生漫反射。消光劑用量應從效率、粒徑、透明度、防沉性、分散性和表面手感等因素考慮。普通白炭黑中SiO2的含量大于90％，用于消光劑的白炭黑中SiO2含量應大于95％.最好用蠟處理，以防沉淀、結硬塊，并能與溶劑型涂料體系很好地相容，不會產生重浮附著力問題，相反還增加漆膜抗劃傷性，增強漆膜滑度，不足之處是經蠟處理的白炭黑消光劑消光性稍差，漆膜透光度略差。另外還應根據漆膜的厚度選擇相應粒徑的白炭黑消光劑。粒徑較細的消光劑涂膜表面光滑，但消光效果較差，粒徑較粗的消光劑涂膜表面粗糙，但消光效果較好。進口并經有機物處理的白炭黑消光劑用以家具漆及裝飾性涂料效果最佳，也可用國產微米級白炭黑消光劑部分取代，以降低成本。
6.3 色漆
在色漆體系中，著色填料及其他填料本身就可以消光，但填料用量過大，消光效果不夠理想而且對漆膜機械性能、耐候性均有不得影響，若加入白炭黑消光劑，如果選用得當，沉淀法白炭黑可替代部分氣相法白炭黑消光劑，既能達到產品質量要求，又可大大降低成本。 |
