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湿法云母粉的应用

摘要：概述了湿法云母在涂料、橡胶、塑料、化妆品等领域中的应用，并对湿法云母和干法云母的区别进行了分析和说明。

关键词：湿法云母；应用；涂料；塑料；橡胶；化妆品

一、湿法云母粉与干法云母粉的区别

云母是一类结构复杂的水合铝硅酸钾或类似的矿物，品种较多，例如白云母muscovite K2Al4(Y)(OH)4 (Y = Al2Si6O20，下同)、绢云母 sericite K2Al4(Y)(OH)x (x > 4)、金云母 phlogopite K2Mg6(Y)(OH,F)4、黒云母 biotite K2(Mg,Fe)6(Y)(OH)4、钠云母 paragonite Na2Al4(Y)(OH)4 以及含锂、钒、铬等等的品种。一种天然云母常含其它品种，而不同品种云母的理化性质大体相同。氟金云母 fluorophlogopite K2Mg6(Y)F4 是人工合成的。

天然云母常见于花岗岩、伟晶岩等，有极高的化学稳定性和热稳定性，不被酸碱等腐蚀，到500－800℃才失去结晶水，可在500－1200 C高温下正常工作。云母的最大特点是具有极其完美的片状晶形，数百平方厘米或更大的晶片，可剥至约1微米厚，甚至达到纳米级（极限为约1纳米厚）。这样的晶片举世无双、仅有绝无。这些晶片坚硬而有弹性，晶面光滑如镜而呈现珠光。晶片质地致密，气体、液体不能穿透。晶片能吸收紫外线、反射红外线。云母还具有极高的电阻（1012－15欧姆·厘米）。同时拥有这么多优异性能的物质是罕见的，故云母的应用非常广，如特种电阻、化妆品和户外材料（如外墙涂料）的抗紫外剂、润滑油和油墨的成分、珠光颜料的原料以及涂料、塑料、橡胶等的功能性填料。

用云母矿作原料生产云母粉，目前1、非金属材料实验仪器；方法有干法和湿法二种。云母矿的品位一般都很低（20－40 ％），而干法生产没有洗矿，原矿在手工剔除肉眼可见的石块之后直接用于干法磨粉，所以干法云母粉的云母含量取决于矿的品位，纯度变化很大（30－50 ％），不可能制得高纯度的云母粉，产品中大部分是石粉（石英、长石、黏土等的粉末）而不是云母粉。元素分析显示SiO2含量高得惊人（70 ％左右），而K2O很低（3－5 ％）或没有（用滑石粉、高岭土假冒的云母粉）。如果用这样云母粉配制涂料，涂料的质量西装热裤就会出现大幅度波动。特别是干法生产使用雷蒙磨之类的强力研磨机械，在研磨中，连石英砂之类的极其坚硬的物质都磨成了微米级的粉末，所以云母晶形被严重破坏。即使形成了晶片，由于晶片要比颗粒脆弱得多，所以也被反复折断，微粒径厚比很低（10倍左右），厚度为微米级而不是纳米级。晶片多撕裂、穿孔和表面磨毛等缺陷。这种劣质产品在国外主要用于制作牛毛毡、电焊条、钻井泥浆等，一般不用作功能性填料。再者，由于没有洗矿，产品中铁、铬等元素含量高，催化漆膜的老化，并降低绝缘漆的绝缘等级。由于1吨原矿能生产800－900 kg产品，生产方法又十分简单，所以干法云母粉的生产成本很低。而且，干磨造成的晶形破坏是绝对无法补救的。虽然干法也可以磨得很细（如1250目），但粒度分布通常都很宽（如 140倍。

表3. 元素组成分析（工业品实例）(%)

干法云母粉不管磨得多少细，由于含有大量石英粉之类杂质，所以比重大，而湿法云母粉则显得疏松而轻。这种由极薄的晶片组成粉体，在水中和溶剂中易于悬浮，如将少量云母粉置于水中，湿法云母粉浮于水面而不易下沉，但干法产品则较易下沉；在配制的涂料中，其沉降速度只有干法产品的几分之一到十分之一，所以这种涂料不宜沉降分层，稳定性远优于使用干法产品者。

为了正确使用云母粉，工业上常需要鉴别云母粉的内在品质。粒度等等容易测定，但是形态学特性、云母含量等等的鉴定，就成了生产企业的头痛问题。当然最好要用元素分析（如X－射线荧光分析）来测定各种元素的含量，判定云母含量；用粒度分布仪（如Coulter粒度仪）测定粒度分布和比表面积等重要数据，判定形态学特征。但是一般涂料厂难以具备这些条件。

这里介绍几种简单的鉴别方法，都是利用二种云母粉形态差异进行的。

1）沉降法：取10 ml量筒，加1 g云母粉，加水数ml，摇匀，再加水至10 ml刻度。摇匀，静止观察沉降速度。干法云母粉通常在60分钟左右沉降到底，形成约7 ml的上层清液。相反，湿法云母粉通常仅形成大约1.5~3 ml上层清液，形成约7 ml上层清液需要数小时。如果用更大的量筒，云母粉和水的用量，以及上层清液的体积按倍数增加。原理是湿法云母粉的晶片很薄，悬浮性很好，而干法产品晶片厚，又含较多石英粉末等，悬浮性差。

2）密度法。原理是湿法云母粉的晶片很薄，难以形成紧密堆积。

3）松密度法：将粉体充分打松，倒入已经称重的量筒至某一刻度，称重，计算比重。湿法云母粉的松密度通常在0.25 g / ml左右，而干法云母粉通常达到0.5 g / ml。

4）实密度法：将粉体倒入已经称重的量筒，称重，振动（如在桌面上轻轻敲击），使粉体体积减小，至粉体体积不再下降为止（通常约10~15分钟）。计算比重。湿法云母粉的实密度通常在0.50 g / ml左右，干法产品在0.70~0.80 g / ml。

5）珠光效应：取约0.1~0.2 g粉体，置于无色透明玻璃杯中，加水约60~80 ml，搅拌。湿法云母粉形成明显珠光。珠光越差，说明云母含量低、晶片差。注意：须边搅拌边观察，此时云母晶片因水流而形成整齐排列、反射珠光；水流停止，排列变乱，珠光就消失。此法的缺点是无法定量，只适合相互对比。

二、湿法云母粉的应用

湿法云母粉的应用非常广泛，下面仅仅提及一些面广量大的领域和有特殊意义的领域，下文中“云母粉”一词，如无说明，均指“湿法云母粉”。

1涂料

湿法云母粉微粒（晶片）直径与厚度的比例（径厚比）达到80－120倍，晶片厚度仅数十纳米至一百纳米左右。这样的产品具有高度的遮盖率和紫外吸收功能，在漆膜中能形成高效的阻隔作用，使腐蚀性物质在漆膜中扩散、渗透和迁移的变得极其迂回曲折（屏蔽和迷宫效应），穿透漆膜的时间延长到3倍，从而极大地提高防腐涂料的性能。涂料一般比较关心填料的粒度，有时还考虑白度。

1）阻隔作用

片状填料在漆膜内形成基本平行的取向排列，水和其它腐蚀性物质对漆膜的渗透受到强烈阻隔，在使用优质云母粉的情况下（晶片的径厚比至少50倍，最好70倍以上），水和其它腐蚀性物质穿透漆膜的穿透时间一般延长3倍。由于云母粉填料比特种树脂廉价得多，所以具有非常高的技术价值和经济价值。

总之，使用优质云母粉是提高防腐涂料和外墙涂料等的品质和性能的重要手段。在涂装过程中，云母晶片在漆膜固化前受到表面张力的作用而躺下，自动形成互相平行、而且与漆膜表面也平行的结构。这样的层层排列，其取向正好与腐蚀性物质穿透漆膜的方向相垂直，阻隔作用的发挥最为充分。问题是云母粉的片状结构必须完美，国外工业企业的内定标准是其径厚比至少应当达到50倍，最好在70倍以上，否则效果就不理想，因为晶片越薄，单位填料用量所形成的有效阻隔面积也就越大，相反，晶片太厚的话，就无法形成多少阻隔层，而颗粒装的填料则根本没有这种作用。还有，如果云母晶片有穿孔、撕裂，也会严重影响这种阻隔作用（腐蚀性物质容易漏过去）。云母粉晶片越薄，单位填料量形成的阻隔面积越大，粒度适中（不宜追求过分细），效果就越好。

许多专利文献提及可使用云母粉、滑石粉、高岭土等许多填料，用量的范围也拉得很大（如2－90％），这无非是为了扩大专利权的覆盖范围，并掩盖技术秘密和技术诀窍。滑石粉、高岭土等的径厚比仅仅2－6倍，即使是干法云母粉，其径厚比也只有10倍左右，远远达不到50倍或70倍的要求，没有工业应用价值。真正有当时创造石墨烯电池技术奇迹的graphenano在2016年被中国上市公司正泰电器入股工业意义的片状填料，实际上就是湿法云母粉。

2）改善漆膜的物理机械性能

使用湿法云母粉可以改善漆膜的一系列物理机械性能。其中的关键是填料的形态学特征，即片状填料的径厚比和纤维状填料的长径比，颗粒装填料如同混凝土中的沙石，起到钢筋的增强作用。

3）提高漆膜的抗磨性能

树脂本身的硬度都有限，而不少填料的强度也不高（如滑石粉）。相反，云母是花岗岩的成分之一，其硬度和机械强度很大。所以，涂料中加入云母粉作填料，其抗磨性能可明显提高。车用涂料、路面涂料、机械防腐涂料、墙面涂料等偏爱使用云母粉，即是此理。

4）绝缘性能

云母具有极高的电阻（1012－15欧姆 · cm），本身就是最优异的绝缘材料。用云母粉来提高漆膜的绝缘性能是广为人知的技术，故不予多说。很令人感兴趣的是，它与有机硅树脂或有机硅硼树脂的复配物，遇到高温时转化为机械强度和绝缘性能良好的陶瓷性物质，因此用这类绝缘材料制成的电线、电缆，即使在火灾中烧毁之后，仍然保持原有的绝缘状态。这对于矿井、隧道、特殊建筑物、特殊设施等，是非常重要的。

5）阻燃

云母粉是很有价值的阻燃填料，如果配合有机卤阻燃剂，可制得阻燃性和防火性涂料。

6）抗紫外、红外线性能

云母具有优异的屏蔽紫外线和红外线等的性能。所以在户外用涂料中添加湿法云母粉，就可以大幅度提高漆膜的抗紫外线性能，延缓漆膜的老化。它的屏蔽红外线的性能被用于配制保温、隔热材料（如涂料）。

7）减少沉降

湿法云母粉的悬浮性能非常优异，极薄的微小晶片能长久地悬浮于介质中而不会沉降分层。所以，用云母粉代替容易沉降的填料时，涂料的储存稳定性明显上升。

8）热辐射和高温涂料

云母有良好的红外辐射能力，如与氧化铁等配合，可以造成优异的热辐射效果。最典型的例子就是在航天器涂料中的应用（使向阳面的温度降低数十度）。许多加热原件的涂装，以及高温设施的涂装，都需要用含有云母粉的特种涂料。这类涂料可以在极高温度下工作，如1000℃左右，此时钢材已经红热，但是涂料安然无恙。

9）光泽作用

云母有良好的珠光性光泽，因此，使用大粒径薄片状云母粉产品时，可赋予材料如涂料以光泽、闪光或反光。相反，极细微的云母粉可在材料内造成反复的相互反射的作用，从而产生消光效应，因此使用小粒径云母粉产品时产生消光作用。

10）隔音减震作用

云母能显著改变材料的一系列物理模量，形成或改变材料的粘弹性。这类材料高效率地吸收振动能量、削弱震动波和声波。另外，震动波和声波在云母晶片之间形成反复反射，也造成削弱其能量的作用。故湿法云母粉也被用来配制消声、隔音、减振涂料。

2 橡胶

1）改善橡胶的气密性

橡胶的气密性对于许多橡胶制品来说是首要性能，如内胎、球胆以及许多救生用品等等。要提高橡胶的气密性，除了加工工艺和涂施工艺外，主要取决于橡胶本身及其填料的性质。橡胶的致密性越好，制品的抗通透性也越好。当然这类胶种价格不菲，这里有成本问题，因此使用功能性填料湿法云母粉，代价低而效果好，其意义就尤其重要。正因为如此，在石油成为全球经济发展的重要制约因素的时候，例如从上世纪70年代石油危机以来，固特异、住友橡胶、普利斯通、斯珀汀等等著名公司就致力研究云母粉的应用。

湿法云母粉的阻隔作用使有害物质难以进入材料，进入后又难以扩散、迁移、穿透。原理与涂料相似，即平行取向的云母粉晶片阻隔气体的穿过（穿透时间延长3倍），这对轮胎的内胎、球类的内胆和许多救生器材来说是非常重要的。在规格上并不苛求细、白，但要求片状结构完美。

总之，在橡胶内加入湿法云母粉以后，气密性将大幅度提高。

2）改善漆膜的物理机械性能

橡胶加入大径厚比填料（湿法云母粉），其抗冲击性、机械强度、形态稳定性等都有明显改善。湿法云母粉还可以改变橡胶的摩擦特点，不同的用法作用不同，如提高摩擦系数，或改善润滑性能（如雨刮器）。

加入大径厚比填料后，橡胶的弹性模量等物理开沟机性质则有很大改善，这对于橡胶等材料来说，是非常重要的。

云母粉的偶联处理对于上述应用有极大的作用，它大幅度提高材料在化学意义上的整体性，从而使材料的性能得以极大地提高。

3）绝缘性能

云母具有极高的电阻，用云母粉来提高材料的绝缘性能是广为人知的。橡胶的用途之一是用作电线电缆的绝缘材料，湿法云母粉的使用是重要手段。需要提及的是矿道、隧道以及类似场合下使用的电缆，这类电缆需要在火警情况下保持绝缘状态。国外已经开发一类特殊的绝缘材料，它们由硅橡胶（包括有机硼树脂）和云母粉等组成。这类绝缘材料在火警的高温下转化成陶瓷样物质，保留良好的绝缘性能和机械强度，可使电缆在火警情况下保持绝缘。另须提及的是含铁量会降低云母的绝缘性能，绝缘材料一般不宜使用干法云母粉。

4）减振隔音作用

不少隔音减振材料使用橡胶，以改变材料的粘弹性等物理性状，形成理想效果。大径厚比湿法云母粉能改变材料的一系列物理模量。再则，晶片间的能量（如震动波、声波）反射，也吸收和削弱这些能量。据此，车辆和家电使用的“减振片”多配入云母粉。同理，许多其它减振隔音材料也使用湿法云母粉。

5）橡胶模压硫化中的脱模剂

许多情况下橡胶的模压硫化不使用金属模具或类似模具，此时脱模剂的性能直接影响到生产。例如轮胎的模压硫化使用气囊，如不使用高性能脱模剂，势必发生制品和模具的粘连，既损害模具，也会造成大量次品，对生产的危害很大。

这类脱模剂常使用润滑油脂、有机硅、有机氟等材料。由于固体润滑剂在其中起到不可或缺的作用，所以现代的这类脱模剂一般都加入云母粉。湿法云母粉具有完美的片状晶形，晶片极薄，对模具表面的遮盖能力和隔离能力极高。而且湿法云母粉的晶片表面及其光滑，能有效地防止材料之间的粘连。湿法云母粉的纯度高，造成橡胶与模具粘结的有害杂质含量极低，非常适用。杂质如石英、长石和其它矿物的微粉，它们无片状结构，且表面毛糙，是造成脱模困难的重要原因之一。干法云母粉造成脱模困难的另一原因是云母微粒本身表面非常毛糙，造成粘连。加入湿法云母粉以后，还在橡电话系统胶与模具之间形成排出气体的通道，防止气体在该间隙内的滞留，从而改善制品的外观性状。

同理，湿法云母粉也是高档润滑油（极压级润滑油）的关键组分。

湿法云母粉可抑制橡胶助剂在橡胶内的迁移。

湿法云母粉在橡胶中的应用远不止于此。充分利用湿法云母粉的独特性能，可开发出许多很有价值的新型橡胶制品来，形成许多有价值的应用技术。

3 树脂与塑料

1）改变塑料的光学特性

云母晶片具有反射、辐射红外线和吸收、屏蔽紫外线等功能。如在农膜中加入优质的湿法云母粉，云母微晶片反射红外辐射，可使光能在穿过农膜后就难以因热辐射（即红外辐射）而逃逸，提高暖棚、地膜等的保温效果。在这一应用中，云母粉的纯度和片状结构特别重要。杂质会降低云母粉的增强效果，影响透明度，并使雾度大幅度上升，使得进入暖棚的光线减少。同时普配虽然配置比不上高端配置，片状结构差的话，阻隔红外辐射的效果也就较差。香港李氏集团甘肃格兰化工科技有限公司采用湿法云母粉制造农膜，透明度仅降低2个百分点。

药品、化妆品、食品等产品需要屏蔽光辐射，特别是紫外辐射，以改善产品的储存性能。它们的塑料包装材料中可加入片状结构完美的湿法云母粉，以屏蔽光辐射，特别是紫外辐射。

大粒径云母粉填料能提高材料的光泽（珠光效应），细微的云母粉起消光作用。

2）改善塑料的气密性

湿法云母粉具有优异的薄片状晶形，微晶厚度以纳米计，径厚比高达80~120倍，有效阻隔面积很大。在塑料内加入湿法高纯优质云母粉以后，气密性将大幅度提高。这样的塑料，据专利文献称，可以用来制造可乐瓶、啤酒瓶、药物包装瓶、防潮包装材料以及许多类似的特种塑料包装材料。

3）改善塑料的物理机械性能

片状和纤维状填料可分散材料所受到的应力，其机制与混凝土中的钢筋相似。众多增强材料（塑料、橡胶、树脂等）使用各向异性材料，其原理是相同的。最典型的应用就是碳纤维，但是碳纤维十分昂贵，加上色泽限制，应用有困难。石棉致癌，其应用被严格限制。超细玻纤（如直径1微米，或纳米级）的制造有许多困难，价格也颇高。颗粒状填料包括在干法云母粉中大量存在的石英微粉、高岭土微粉等，如同混凝土中沙石，没有这种作用。只有在加入大径厚比填料（如湿法云母粉）以后，塑料和树脂的拉伸强度、抗冲击强度、弹性模量、其它机械性能、形态稳定性（如抗热扭变性和抗疲劳蠕变性）和抗磨性能等都有明显改善。材料学上对此研究颇多，其关键之一是填料的外形比（）。

塑料（如树脂）本身的硬度都有限。不少填料（如滑石粉）的机械强度也很低。相反，云母是花岗岩的成分之一，其硬度和机械强度很大。所以塑料中加入云母粉作填料，增强效果特别明显，高径厚比是高纯云母粉增强的关键。

云母粉的偶联处理对于上述应用有极大的作用，它大幅度提高材料在化学意义上的整体性，从而使材料的性能得以极大地提高。正确的偶联处理也是云母粉增强的关键。

改变树脂的结晶行为也是云母粉增强的机制之一。

使用优质云母粉可使制品制作得更加轻薄。这一技术在塑料工业上可有非常广泛的应用，如制造高强度制品，包括机械和车辆的塑料零件、土工材料、家电外壳、包装材料、生活用塑料制品、薄膜、裂丝和绳索等等。

4）改善塑料制品的绝缘性能

云母具有极高的电阻，本身是高性能绝缘材料。用云母粉来提高材料的绝缘性能是广为人知的技术。如需制造高绝缘性塑料制品，可考虑加入功能性填料湿法云母粉。如上所述，含铁量高的云母的绝缘性能较低，应避免使用。干法云母粉没有洗矿，含铁量一般都较高，不宜使用这类云母粉。

湿法云母粉在塑料中的应用远不止于此。充分利用湿法云母粉的独特性能，可开发出许多很有价值的新型塑料制品来，形成许多有价值的应用技术。例如在塑料中加入云母粉可提高印刷性能和复合粘结性能；在表面沉淀SnO2或镀金属后云母粉具有导电性，可用于制造抗静电产品和导电塑料；涂复TiO2以后是珠光颜料，其应用非常之多；着色后是性能优异的颜料；云母还能改善制品的润滑性能。

4 模具

在型砂模具表面涂复含云母粉的配方（包括使用含云母粉的洗模剂），可封闭模具表面的微孔，改善脱模性能，提高制品的表面光洁度。

5 润滑剂

例如用于金属压延中。金属压延的压力很高，如果单用液态润滑剂，受力点上的润滑剂可能完全被挤干，出现“干摩擦”状态，这非常有害（模具磨损、制品表面毛糙、电耗上升等）。加入固体润滑剂是有效的解决方法。极压（extreme-pressure）润滑剂也常常使用固体润滑剂，以防止出现干磨状态（干磨可造成轴承红热、烧结，后果不可设想）。这类云母粉对晶片的表面光洁度和纯度要求很高，如含石英砂等杂质，则反而加速磨损。

6 化妆品

云母为天然矿产品，具有极高的化学稳定性，属完全惰性物质，故安全、无毒、无害，适合化妆品的要求。

云母晶片有强烈珠光光泽，特别是当粒径合适时，可用于代替或部分代替价格昂贵的珠光颜料，增强化妆品的光泽效果。

水分无法穿透云母晶片，用于保湿制品时可抑制皮肤水份的蒸发。

云母晶片能屏蔽紫外线和红外线，所以是优良的化妆品抗紫外剂。由于它是纯天然的，无毒无害，具有人工合成的有机抗紫外剂所不具备的优势。由于晶片极薄，覆盖能力极强，故仅需少量该些产品，即可皮肤表面形成一层肉眼看不见的抗紫外线保护剂、增亮剂。

云母微粒晶片极薄，厚度通常仅有数十纳米，晶片直径与厚度的比率（径厚比）高达80－120倍，遮盖力极强。

7 特种粉体

云母粉如表面涂复导电性物质（金属、金属氧化物），则生成导电性粉末，用于制造导电性和抗静电性高分子材料。如涂复磷酸锌，则是涂料抗腐蚀填料。

作者简介：韩秀山（1963-），男，吉林市人，工学硕士，高级工程师，现主要从事纳米蒙脱石、高纯度蒙脱石、医药级蒙脱石等项课题的研发、生产及销售。通联：、hxs388@(end)

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