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第一节 涂料用颜料的特性与作用 世界涂料的发展具有久远的历史,生产工艺从传统生产方式到现 代生产方式(即调色产方式)的转变也有一个半世纪。涂料生产方 式的进步和转变都伴随着颜料形态的变化,某一种颜料形态代表 着一种特定的涂料生产方式。

颜料的品种繁多,用途广泛,一 般将颜料划分为着色颜料、体质颜料、防锈颜料和功能颜料等 4 类。

一、颜料的分类 1 着色颜料 ? 白色:二氧化钛、锑白、氧化锌、锌钡白 ? 兰色:铁兰、酞箐兰、群青 ? 绿色:氧化铬绿、铅铬绿、酞箐绿 ? 黄色:铬黄、镉黄、铁黄、锌黄、汉沙黄 ? 红色:镉红、氧化铁红、甲苯胺红、大红粉、醇溶大红 ? 黑色:铁黑、碳黑、石墨、氧化镍、苯胺黑 http:///4/78.html 结束 2 体质颜料 ? 氧化锰、滑石粉、云母粉、氧化镁、超短纤维石 棉甜、硬质高岭土等。

3防锈颜料 ? 铅黄、磷酸锌、云母珠光粉、红丹、铅锌黄 4金属颜料 ? 锌粉、铝粉、不锈钢粉、镍、铬粉末等。

5硅酸盐玻璃科 ? 红白绿黑黄及其它多彩的玻璃色素、玻璃料 6陶瓷颜料 ? 各种色彩的陶瓷色剂。 结束 结束 现将每种颜料 ( 主要品种 ) 的简要性能、特点作 代表性地介绍如下:

1) 铬黄的颜色鲜艳,是黄色颜料中遮盖力和着 色力较好的品种,在大气中不会粉化,但耐光性不 十分理想,在光的作用下会变暗,遇强的无机酸会 溶解,遇硫化氢会变黑,遇碱会变桔铬黄,不宜与 碱性颜料混用,在过量碱中会溶解。对人体有毒, 大量用于制造各种色漆。

2)铁黄的特点是遮盖力强,着色力好,耐光耐碱 性也佳。但不耐酸、不耐高温,当温度达到150— 200℃时便脱水转变成铁红颜料,在275—300℃时 转变速度极快。 结束 3)耐晒黄具有纯净的黄色,遮盖力很高,着色力比 铬黄强三倍,耐光性好,耐酸碱性也好,在高温下 有偏红的倾向,但耐溶剂性较差,可代替铬黄用于 常温干燥的涂料中。 4)锑红:它的色光变化于橙红到柴红之间,遮光力 和着色力都很高。有优良的耐光和耐高温的性能, 耐大气影响,耐污蚀气体、耐碱、耐酸能力均强, 在浓酸中只有在加热的情况下才逐渐被溶解。锑红 在涂料生产中用量很大,在腐蚀条件不太苛刻的条 件下,还可以替代防锈颜料使用。 结束 5)甲苯胺红:又叫猩红,具有鲜艳的红色,有很高的耐 光、耐水和耐油的性能、有良好的耐酸能力,遮盖力也很 强,能耐热130—140℃,易研磨,所以,该品种是一种很 好的红色颜料,在涂料生产中应用很广。

6)铁兰:又叫华兰或普鲁士兰,铁兰的着色力很高,能 耐光、耐候、耐弱酸、不溶于油和水,遮盖力不强,耐碱 力很差,所以不能与碱性颜料同用,也不能用于呈碱性的 物体表面。

7)酞菁铜:又叫酞菁兰,色彩鲜艳,着色力强,耐光、 耐化学反应强,是一种性能优良的兰色颜料。所以,大量 用于涂料生产中。

8)氧化锌:又名锌白,是一种碱性颜料,能与漆料中的 游离脂肪酸形成锌皂,有使色漆变稠的倾向,通无机酸和 醋酸则溶解。其特性是颜色纯白、不粉化、具有良好的耐 光、耐热和耐候性,适用于外用漆中使用。但着色力和遮 结束 盖力不如锌钡白和钛白。 9)钛白:有两种不同的结晶形状,一种是金红石型钛白 粉,呈乳白色制成色漆在室外使用不产生粉化现象,而另 一种为锐钛型钛白粉,呈兰头白色,若用此制成色漆用于 室外,则易出现粉化现象。此特点决定了它们的使用场合, 一种是作室外漆,一种是作室内漆的颜料用。共同关系是:

颜色纯白,有很高的着色力和遮盖力,能耐光、耐热、耐 稀酸和碱。是制造白漆和浅色漆的必不可少的重要颜料。

10)炭黑:涂料生产中使用的黑色颜料常用炭黑。其特点 是:粒度细、着色力和遮盖力很高,耐光、耐热、耐酸碱 、吸油量大,是制造涂料的最通用的黑色颜料。缺点是吸 潮性大,在漆中炭黑使漆的干燥速度减慢和稠度增加。 结束 11)氧化铬绿:是耐久力最强的绿色颜料,有优良的耐光、 耐候、耐高温(700℃)、耐酸碱、耐气体浸蚀等性能。但着 色力和遮盖力较铅铬绿差,颜色不够鲜艳。常用于化工厂 和耐酸雾等环境的涂料中作颜料。

12)铝粉:俗称银粉,有银色光泽的金属颜料。其特点是 :有很高的遮盖力,反光、散热、阻止紫外线光穿透的能 力强,能阻止水气和其它腐蚀性气体渗入漆膜,耐热性高 。为此,常用于油槽车、冷藏车、高温使用设备的涂料中 作颜料。

13)铜粉:又叫金粉,由铜合金粉末制成,有金黄色的光 泽。其特点是遮盖力弱,反光和散热性差,一般用于装饰 涂料生产中作颜料。 结束 2.防锈颜料 防锈颜料品种也不少,按其性质可分为物理性防锈颜料和化学性 能防锈颜料两类,见表2。 结束 防锈颜料是防锈漆的重要组成部分。物理防锈颜料是一类 本身化学性质较为稳定的颜料,它们是靠本身的物理性能、 化学性能稳定,质地坚硬,颗粒细微,优良的填充性,提 高漆膜的致密度,降低漆膜的可渗性从而起到防锈的作用。

氧化铁红就属这类物质。而金属铝粉的防锈性是由于铝粉 具有鳞片状结构、形成漆膜紧密,还有较强的反射紫外线 光的能力,可提高漆膜抗老化的能力。 结束 化学性防锈颜料,如红丹、锌铬类黄、铅酸钙、锌粉、 铅粉等,都属这类防锈颜料。

1)红丹:也叫铅丹,是一种使用历史悠久的防锈颜料, 它与亚麻油配制的防锈漆,其防锈性能很好,它对钢铁防 锈表面的处理要求不高.在有残留的氧化皮表面上仍具有 很好的防锈效果。但缺点是有毒性,易引起中毒;因铅的 比重大,易沉淀;不能用于轻金属防锈,因易发生电化学 腐蚀;红丹防锈漆涂后要及时涂上面漆,不然底漆易发白 和粉化。

2)锌铬黄:是属于保养底漆最适宜的防锈颜料,也是一 种良好的轻金属的防锈颜料,对大气的曝露效果好。

3)铅酸钙、铅粉等均属铅系列的颜料,因毒性大,同时 还要消耗大量的铅金属,从发展的观点出发,应逐步被其 它的防锈颜料所替代。 结束 3.体质颜料 又称无机填料,大都是天然矿产品或工业副产品 ,价格便宜,由于折光指数和油及合成树脂相近, 不具有着色力和遮盖力、在涂料中与其它着色颜料 混合使用。其作用是:加强漆膜的体质,增加漆膜 的厚度,使漆膜坚硬、耐磨,有的体质颜料比重轻 、悬浮力好,可以防止比重大的颜料沉淀;有的体 质颜料颗粒细腻,可以提高油漆的平润性;有的体 质颜料能组成紧密的结构,能提高漆膜抗老化的能 力;由于使用了体质颜料,还可以节省一些功能过 剩的着色颜料,保证其涂料质量,降低涂料成本; 从而可得出结论,使用体质颜料的作用,就是降低 涂料成本,提高涂料的性能和质量。 结束 常用的体质颜料品种分类见表3所示 : 结束 1)硫酸钡:又叫重晶石粉,化学性质稳定,耐酸、耐碱, 可提高漆膜的坚硬性和增强不透性。缺点是比重大,易使 漆料沉淀结块。

2)碳酸钙:是一种重要的体质颜料,能水解生成氢氧 化钙,具有化学活性,在底漆中可降低漆膜的起泡和开裂 现象;能提高漆膜的附着力;提高漆的防霉能力。由于有 上述特点,适合于配制海洋大气中使用的涂料。

碳酸钙不宜与酸性防锈颜料配合成涂料在工业大气中使 用。 结束 3)滑石粉:是一种羟基络合物,由于羟基的作用,能提高 漆膜的附着力,改善漆的涂刷性,并能防止漆中的颜料沉 淀结块,还能增强漆膜的强度。在工业大气中使用,有较 好的效果。 4)云母粉:是一种鳞片状的体质颜料,有助于降低漆膜的 吸水性和渗透性,并能增强耐紫外光的能力。 5)硅藻土:化学性比较稳定,吸油量大,使漆膜形成微型 的“锯齿状”,增强了防锈漆的附着力;还可以作平光剂 和稠度控制剂。 结束 二、颜料的主要性质 颜料的质量好坏.可以从它的几个主要性质来表示. 一般常用着色力、遮盖力、耐光性和耐候性、粉化、耐热 性、耐酸碱性等来表示。

1、着色力:当一种颜料与另一种颜料混合后形成颜 色强弱的能力,这种能力就叫着色力。着色力强,用料就 少,反之易然。如白漆中常用群青来去除它们的黄印.群 青的着色力越大,则用量就少。

2 、遮盖力:色漆涂布在物体表面时,隐蔽被涂物表 面色颜透过的能力,叫该色漆的遮盖力。而颜料的遮盖力 则是:色漆涂膜中的颜料能遮盖起那承受涂膜的表面,使 它不能透过漆膜而露出底色的能力。颜料的遮盖力是用遮 盖l平方米面积所需要颜料的克数来表示。 结束 3、耐光性和耐候性:

颜料在阳光和大气作用之下,其颜 色和性能均会发生变化.而阻止或减缓这种变化的能力, 称为该颜料的耐光性和耐候性。这种性能的好坏,是标志 该颜料的质量好坏的重要因素。特别是外用涂料是必须考 虑的要素。如云母氧化铁和金属铝粉都具有吸收紫外光的 能力,有助于提高漆膜的耐候性。

4、粉化:涂料在使用过程中,漆膜中的粘结剂被破坏, 其中的颜料不能继续地留在漆膜内.而脱出形成一层粉末 ,这种现象叫粉化。粉化的原因是粘结剂的光化学分解而 造成的。 结束 5、耐热性:涂料在使用过程中,漆膜中的颜料保持不受 使用环境的温度升高而色彩不变色的能力,称这种性能叫 该颜料的耐热性。如使用烤漆的产品.对涂料的耐热性是 一个重要的质量指标。

6、耐酸碱性:涂料在使用过程中,漆膜中的颜料在受 到酸碱浸蚀时而保持色彩不变的能力,称为该颜料的耐酸 碱性能。如水溶性的漆用颜料必须是耐碱性的。 结束 三、颜料的功能 为提高和改善涂层的耐温性及其他性能,须将耐热树脂适当 地与某些耐热颜填料配合制成涂料。下面简要论述在工业实践 中可以选用的颜填料。

由于二氧化钛的熔点高达1830℃,热稳定性良好,是最常 用的白色着色颜料,常用于涂层的着色,搪瓷、瓷釉、陶瓷彩 釉和作高温涂饰之用。

氧化锌的膨胀系数接近二氧化硅(玻璃质和搪瓷的主要组分) 和膨胀系数,因而它在陶瓷工业中应用占有重要地位,并被广 泛用于涂料行业中的着色及作耐热涂料的颜料。

氧化锑主要用于防火涂料中,在耐热涂料中有时也加入这种 白色颜料,但一般多与玻璃料配合使用。

氧化铁系中氧化铁红是最具典型的一种防锈、耐热的着色颜料, 其使用范围相当广泛,在耐热防腐底漆中使用较多。但氧化铁 黄并不很耐热,在138℃--204℃时由于脱水而变为红色。 结束 镉红、镉黄颜料具有优异的耐热性能,且色彩鲜艳,是耐热涂 料中最常用的着色颜料之一。

绿色颜料中.只有氧化铬绿有着较高的耐热性能,并有一定的 耐酸碱性能,且对光稳定。不足之处是颜科的色泽光亮度较差。

目前仍是制造防腐蚀、耐热涂料中常用的绿色着色颜料。

蓝色颜料中铁兰颜料熔点可高达950℃,是由氧化铁、磷 酸铁与氢氧化铝或氧化铝混合后经燃烧制备而得,带有绿光的 蓝色颜科。具有耐热、耐光、耐酸、耐碱性能,用于油漆的着 色颜料及制备玻璃与陶瓷的着色颜科。

群青颜料是一种半透明的蓝色颜料,不溶于水,耐减、耐候、 耐光性较好。但其着色力、遮盖力较差。常用于橡胶、油漆、 搪瓷等行业的着色颜料。

酞青兰颜料色彩鲜艳,特别是稳定型酞青兰颜料,具有优 良的耐热、耐光、耐酸碱、耐溶剂性能。然而,它是耐热涂料 中使用的很少的一种有机颜料,主要用于油漆、橡胶等工业的 着色颜料。 结束 碳黑和灯黑也有一定的耐热性,它们含有一定量的 挥发物质,耐热性可高达l 000℃以上,但其颜色在 400℃时就逐渐失去。

铝粉是配制耐热涂料中最有用途的颜料,被广泛用 于高温涂料是由于它具有反射热,本身耐热及在高温 下能和铁形成合金起长期保护作用,以及有遮盖力强, 成本低等综合性能。因它的结构呈磷片状,故防热氧 化性能较好,但易受碱和无机酸的侵蚀,所以耐化学 性能不佳。

锌粉是一种防锈金属颜料,可在钢铁表面作为阴极 牺牲而起到保护作用。在这点上,比铝粉优越,但其 耐热性能不如铝粉,因而不能用来制造耐温更高的涂 料。锌粉最适合的用途就是配制耐热、防腐蚀的有机 或无机富锌涂料及特种涂料。 结束 在耐热涂料中,功能颜料和体质颜料有时也有一定 的用途,但在配方中用量亦不太多。因这些颜料会降低 涂层光泽。通常含硅质材科如滑石、石棉、石英、云母 是常用的,加入少量的二氧化硅亦可以改进涂层对钢铁 表面的附着力,并可提高涂料的耐热性能。

采用适当比例的高、中、低熔点的玻璃粉料配以陶 瓷颜料,可制成高温附着力好,有光泽、耐腐蚀、耐热 冲击的涂层,且在加入不同颜料或采用不同色彩的玻璃 色素,可得到一系列不同颜色,不同耐热性能的耐高温 涂料品种。 结束 四、涂料用颜料的发展趋势 颜料按其组成分,可以分为无机颜料,有机颜料。无机颜料的 耐光性、耐化学品性、耐候性比一般有机颜料要好,但色泽不如有 机颜料鲜明,着色力相对较低。如氧化铁红、氧化铁黄。有机颜料 分为传统有机颜料(或称经典有机颜料)和现代高级有机颜料。通常 将酞菁颜料以前的品种统称为传统有机颜料,如偶氮颜料。其后出 现的高性能颜料称为现代高级有机颜料,如酞菁颜料、缩合型偶氮 颜料、唾丫啶酮颜料。前者结构简单,分子量较低,耐光、耐候性 差,价格相对便宜,一般只能户内使用,而个别品种在特殊情况下 也可户外使用。后者由于分子量较大,结构复杂,具有非常好的耐 光性、耐候性、耐迁移性,其耐久性也可以和铁系颜料相媲美,色 泽鲜艳,但价格较高。 结束 A、无机颜料类的发展动态 1、铬系颜料 铬系颜料属无机颜料,主要成分为铬酸盐,有铅铬黄、钼铬红、 防锈颜料三大系列二十多个品种,广泛应用于油漆(涂料),塑料, 橡胶,油墨工业。具有着色力高、稳定性好、耐光性、耐化学品性 好等特点。由于该产品具有一定毒性,因此仅限于工业用,不能用 于食品、玩具等行业。

铬系颜料在很长一段时间内还会继续得到应用,只不过其用量在 全世界范围内会越来越小。在今后的若干年中,尤其在国内,铬系 颜料仍将是主要的着色剂。并且在短期内,铬系颜料市场还将会扩 大。

现在,大多数铬系颜料生产企业在致力于致密SiO2包膜型颜料的 研制。包膜铬黄的特点是耐热性高达300℃,而且耐化学品性和耐 候性也很好;缺点是初始颜料强度比普通型大大降低,但色调鲜艳 ,适用于加工温度很高的塑料制品和耐性要求严格的工业涂料。

Cookson公司在美国新泽西州Newark工厂,于1996年停止生产普通 型铅铬黄颜料,腾出的生产能力以及投资800万美元新增的生产能 力,全部用来生产致密SiO2包膜型颜料。

结束 在今后的发展中,耐SO2 型颜料将逐步成为铬系颜料的新的发展领 域。耐二氧化硫型又称耐酸雨型,主要特点是具有优异的耐大气中 SO2 性,特别适用于工业化地区和易降酸雨地区的设施。这类铬酸 铅颜料同时具有预暗型的大部分性能,如耐光性、耐侵件及耐热性。

虽然铬系颜料有比较好的前景,但随着环保要求的进一步严格,其 总有一天会被淘汰。各国科学家正致力于这方面的研究.以期找到 更合适的代用品。日本已研制出了一种黄色无机颜料,耐高温达 500℃,由铁酸锂物料组成。另外还有钒酸秘、铁酸钻等,也属黄 色无机颜料。在防锈颜料方面,拜耳公司已研究出了以铁酸锌为基 础,性能相当于红丹和锌黄,超过磷酸锌的无铅无铬防锈颜料。当 然,现在这些代用品的价格远远高于铬系颜料,但随着科技进步和 环保压力的增加,最终可能会取代铬系颜料。 结束 2、非金属矿物填料发展趋势 80年代以来,涂料向高泽和高耐久性方向发展。这需要明度高、 粒度分布窄和分散性极好的填料。这导致微细化、超微细化和表面 处理化填料的进一步发展。80年代,国外填料加工的微细化和超微 细化工艺已经十分成熟.而表面处理已成为填料开发的新领域.最 主要的领域。

80年代以来,西欧和北美为减轻运输压力,降制涂料产品的单位 重量,涂料销售以体积计而不采用过去的以重量计,这一举措导致 欧美涂料生产商采用密度更小的填料。

采用填料的最主要的目的是降低涂料成本。因此填料本身的成本 很关键。为了降低利润率很低的涂料成本,国外在性能允许的条件 下,大力采用价格低廉的填料,这就导致许多价廉填料的出现。

可以肯定地说,国外涂料工业在近些年来的发展中所遇到的一些 问题,我国涂料工业在今后的发展中也会遇到。这为我国填料工业 提供了一个很大的发展空间同时,使在天然非金属矿物填料与合成 品的竞争;天然填料之间的竞争;无机填料与有机填料的竞争的激 烈角逐中,非金属矿物填料唯有以廉价和精细化取胜,未来中国非 金属矿物填料的根本出路在于精细化。

结束 3、涂料用氧化铁产品应用发展的方向 由于环保问题从根本上改变了涂料的技术,使具有高固体含量、 低有机挥发物的粉末涂料、电泳涂料以及低污染固化体系的发展将 影响氧化铁的应用。

高固体系需要低吸油量的氧化铁颜料,而高强度颜料帮助氧化铁 获得更大的市场份额,颜料这两个属性均可在晶体的形成和后面的 生产工艺中得到控制。另外通过加工或添加表面活性剂,可制得易 分散级氧化铁,含有表面活性剂的颜料成功开发及其在建筑业上的 应用,向涂料生产表明该方法在生产上是可行的,铁黄和铁黑要应 用于粉末和卷材涂料或其他高固化体系,要加以改善提高耐热、耐 温性。 结束 B、有机颜料在涂料中的应用前景及发展方向 我国对涂料需求量的增加,必然伴随着各种原材料消耗的增长。

有机颜料将以其不可替代的高着色强度、鲜艳色彩、色谱齐全、毒 性低等特点而更加广泛地应用于涂料工业。预计到2005年,涂料工 业对有机颜料的需求量将达到7000吨左右。2000年到2005年间有机 颜料在涂料工业中的年均消费增长率约为7%-9%。

今后随着工业的发展,资源匮乏、环境污染等关系人类长期生存 、发展的各种矛盾会日益突出,因此,合理有效地利用有限资源, 改善环境,将成为21世纪经济发展倍受重视的两大主题。世界涂料 工业顺应时代要求,将大力发展节能、低污染的水性涂料、粉末涂 料、高固体涂料和辐射固化涂料等。建筑涂料水性化已成必然趋势 。工业涂料也正在向着水性涂料、粉末涂料、高固体涂料和辐射固 化涂料等方向发展。同时更注重涂料产品质量和性能的提高。涂料 工业产品结构的调整对有机颜料提出了更新、更高的要求,为适应 涂料工业的需要,有视颜料工业必须着重解决以下问题。 结束 ●我国有机颜料的黄色、橙色、红色及紫色品种尚不能满足涂料 工业的特定要求,其耐久性、耐气侯牢度、耐溶剂性以及与分散介 质的匹配性能等与国外存在明显差距。因此,必须加大技术投入, 研究、开发高着色强度、颜色鲜艳,耐久性优良的具有杂环结构或 特定取代基的新型新发色体系的颜科品种,尤其是黄、橙、红及紫 色品种,以满足各种涂料着色的要求。

●依据水性涂料的迅速发展,深入系统地研究有机颜料的表面改 性技术,对符合要求的结构类型颜科实施改性;同时开发与水性分 散介质具有良好相容性的新品种、新剂型产品。

●颜料在涂料着色过程中的应用研究以及综合性能(如耐溶剂性、 耐水性、耐迁移性、耐热稳定性及分散体系的稳定性等)的评价与测 试。

●研究、开发与“涂料—有机颜料着色剂”体系相适应的高效、 多功能助剂,以改进涂料—颜料体系的粘度、流变性能及分散性能 。

●随着汽车漆、建筑涂料的广泛采用,要求作为高档涂料着色剂 的有机颜料具有更优异的使用性能,如耐久性.,耐气候牢度,耐 热性,抗结晶,抗絮凝以及耐迁移性能。下表提供某些高档涂料用 结束 结束 国内钛白粉工业与国外存在较大差距 (1)在生产技术上,国外以氯化法为主,而我国基本上采用硫酸 法生产,且大部分生产厂家在工艺技术、生产装置、自控检测、三 废治理等方面存在很大的差距。唯一的锦州铁合金厂的1.5万吨 /年氯化法生产装置,至今不能满负荷运转,在生产工艺和设备等 方面有许多亟待攻克的难点,主要在于精制工序矿物油除钒装置工 艺不够合理,三氯化铝再生器装置工作不稳定,氧化工序袋滤器收 尘系统及关联的打浆系统操作困难、系统堵塞、能力不足等。

(2)生产规模小。国外钛白粉装置平均规模为6万吨/年,其中 氯化法最大为30.5万吨/年,硫酸法为13.1万吨/年。而 国内相当多企业规模仅为1000-2000吨,平均规模不到7 000吨/年,最大的规模为2.5万吨/年。由于近年来国内外 钛白粉市场看好,国内钛白粉盲目低水平重复建设严重,目前共有 50-70家生产企业,接近世界生产商总和,但生产能力仅占世 界总生产能力的3.48%。由于规模小,且采用硫酸法生产,导 致能耗高、生产成本高、产品质量品位差,尤其是环境污染严重, 绝大多数小企业对生产排放出的“三废”特别是废水和废副物料没 有进行很好的治理,对环境造成较大的破坏 结束 ?(3)产品规模和质量上,我国目前高档金红石型钛白 粉和专用锐钛型奇缺,每年需从国外大量进口,目前国内 主要生产非颜料级和锐钛型BA01-01产品,且白色 度差、消色力低、研磨分散性差,质量不稳定。

(4)在原料方面,国外硫酸法大都采用高品位酸溶 性矿渣,而国内基本上使用钛铁矿,资源破坏十分严重, 影响了我国经济的可持续性发展。 结束 涂料用颜料的品种及发展趋势参考文献 [1]. 马秀艳 沈阳金杯客车制造有限公司,孟庆军 辽宁省汽车 贸易集团,孙 俐 辽宁省汽车贸易集团· 颜料是涂料的重要组成物质 · 辽宁汽车,2000年第一期 [2]. 曲颖 化工部规划院,有机颜料在涂料工业中的应用前景· 上 海染料,2001年第六期 [3].杨宗志 化工部涂料工业信息中心 / 化工部常州涂料化工研究 院,非金属矿物填料/颜料在涂料中的应用现状和发展趋势· 无机盐 技术,2001年第四期 [4]. 中国涂料与WTO· 涂科技术,2000,3 [5]. 涂料的全球发展趋势· 涂料工业,2000,1 [6]. 镕系颜料的现状· 涂料工业,2000,10 结束 第二节 颜料的分散和涂料的流动 一、颜料在涂料中分散理论 一. 颜料的分散理论: (一)颜料在漆料中的分散过程: 颜料在其制造过程中,最初形成的粒子称原级粒子.其粒度 在5(nm)—1(um)之间,颜料的原级粒子很细,能轻易的分散 到漆料中去,但是,原级粒子在加工的某些阶段,尤其是干燥 时,会因种种原因相互粘结,成为聚集体,聚集体之间,聚集体 与原级粒子之间还会形成附聚物.就聚集体来说由于分子 间吸引力较大,粘结较牢固,较难分散; 结束 附聚物之间的吸引力要弱的多,粘结不那么牢固,比较容易 分散.聚集体和附聚物统称二次粒子,是尺寸比原级粒子要 大的多的过大粒子.这种过大的二次粒子(以下简称大粒子) 的存在,会给漆膜质量带来不可弥补的损失.因此,分散操作 的目的之一,就是要处理这些过大粒子.即施加足够的机械 力,使之解聚集,使其能稳定而均匀的分散与漆料中.颜料在 漆料中的分散过程是由三个阶段所组成的,.这三个阶段几 乎是同时发生的,但还是可按顺序大致分为: 1.润湿:即由颜料—空气表面转换为颜料—漆料界面的阶 段. 2.机械解聚集:即借助于机械力使过大粒子解聚集的阶段. 3.稳定化:即将已润湿的颜料分散到大量液体漆料中去,并 使每个颜料粒子被连续的,不挥发的成膜物质永久的分割 的阶段. 结束 ( 二) 颜料的润湿 固体与液体相接触,固体表面吸附的空气和水分被液体所 取代,液体完全被复在固体表面上,形成固—液界面,这就是 润湿.颜料为漆料所润湿取决于漆料在颜料表面的扩展和 漆料在疏松多孔的粒子间的渗透.下面分别加以讨论: 1. 1. 漆料在颜料表面上的扩展 漆料在颜料表面上的扩展,并紧密的附着在颜料表面上, 原来的固—气和液(水)—气表面以及固—液(水)界面被新 的固—液(水)界面和液—气界面所取代,达到了完全润湿.这 个过程受到下列因素的影响:界面张力,液—固接触角,附着 功,侵没功,扩展功和分散功.颜料粒子在溶液(展色剂)中润 湿性良好与否,可以从以下三个过程的表面能量变化的总 和值加以评价。第一阶段:颜料与展色剂的前混合过程;第 二阶段:在凝集的一次粒子间隙中的展色剂的渗透过程;第 三阶段:粒子- 展色剂界面形成过程。

结束 2. 毛细管渗透速度 上述讨论仅适用于液体对较大较平的固体表面的润湿问 题,但颜料实质上是一个含有疏松多孔毛细管的粉粒集合 体,润湿过程将受到液体在毛细管中渗透速度的影响.因此, 其润湿过程要复杂的多. 结束 . (三) 颜料过大粒子的解聚集 当颜料压得很紧,漆膜粘度大时,漆料不可能在短时间内渗 透入颜料粒子之间,润湿进行极缓慢.因此,有必要施加机械 力,使颜料中的过大粒子解聚集,让其新表面暴露于漆料中, 从而达到每个粒子所有表面的全部润湿,并使颜料过大粒 子解聚甚至接近达到原级粒子的大小,以便制备出具有一 定细度的色漆.机械解聚集是润湿过程的继续.过大粒子解 聚集的程度与颜料的性质(如硬度,表面形状,聚集的程度等) 和漆料的性质(如粘度大小等)有关外,特别与施加的机械力 的方式和大小有关. 结束 四) 分散系统的稳定化 有效的使颜料按规定的程度均匀分散在漆料中固然重要 ,使这个分散体系在一个长时间内持续处于完成分散当 时的初始分散状态则更为重要,这是因为,实现色漆分散 的最终目的是取得良好的涂装效果,而在完成分散与进 行涂装之间,色漆必定要经过一个漫长的贮存周转过程 .[1] 颜料在液体中的稳定化有三种方式:(1)双电层的 同性电荷相斥,(2)吸附层的空间屏蔽,(3)前二者的组 合,即同性电荷相斥/吸附层空间屏蔽。 ( 结束 1.体系不稳定性的具体表现是: (1) 颜料结块沉淀 (2) 颜料絮凝沉降 (3) 浮色发花 (4) 粘度异常变化 分散系统中颜料粒子受力情况:范德华力 和静电斥力 结束 1. 分3.分散系统稳定化的措施: 实现理想分散的两个手段,即配方和设备,并且也已指出, 促进稳定化主要靠配方手段.所谓靠配方手段就是靠正 确选择原料,正确确定用量.[1]在颜料分散时,必须找出分 散的原因和应该考虑的因素,从而采取适当的手段以提 高颜料的分散性及分散稳定性。无论是何种树脂体系 当加入颜料(指常用的无机颜料)后,都成了分散体,是 热力学上的不稳定体系.由于颜料的密度远远大于树脂 溶液,在重力作用下,下沉是不可避免的。颜料可以粉 碎得很细, 但是布朗运动使颜料粒子碰撞发生絮凝而 下沉,因此,颜料的表面处理和颜料分散剂的分子设计 是关键。在不同的树脂体系中,所用的颜料分散剂是十 分专一的, 有很多专利报道, 如开发了一种新型的锚 合型分散剂。[5] 2.促进 结束 颜料的分散状态、粒度的大小与分布均直接影响其应用 性能,因此生产者及使用者总是力求制造容易分散的颜料 产品。根据应用场合的不同,可以采用不同的分散设备进 行分散、研磨,通常以机械分散为主。

颜料在使用介质中的分散工艺及设备的选择主要依据对 分散质量的要求、生产分散体的成本以及被分散的颜料剂 (干粉或膏状物)。如应用于粘胶纤维原浆着色的颜料, 为了使其顺利地通过直径 60 μm的抽丝孔,颜料的粒子应 在1μm左右。而对于其它一些应用场合,过高的分散度是 不必要的,因为颜料粒子越细, 表面能量越高,更易促使粒子的絮凝,通常要求颜料粒 子大小适中,但要求粒径大小分布的比较集中。 结束 研磨设备: 1 、球磨机:球磨机广泛应用于黏度低的颜料悬浮液, 可以获得高分散度的水性颜料分散体,在油墨、油漆工业 中制备溶剂型油墨、有色漆料等。

球磨机已在油漆、油墨工业中应用多年,尤其适用于低 黏度的物料,如溶剂型油墨。球磨工艺是获得高质量水性 颜料分散体的有效方法之一。球磨机是借助于球状、卵石 状瓷球或特殊硬度的砂粒的滚动产生剪切力及冲击力而使 粒子分散。在保证研磨介质能比较自由地滑动与翻滚的条 件下,适当提高物料粘度。研磨介质与颜料质量的比值、 研磨时间及转数应用根据被粉碎物料的性质及要求的分散 细度而决定。球磨工艺具有成本底、操作方便等优点;但 其缺点是分批操作,设备清洗较难。⑤ 结束 2、砂磨机:目前应用较多的是立式砂磨机,如图一所示 的SK&SK-1立式砂磨机。

图一 SK立 式砂 磨机 结束 SK-1立式砂磨机 结束 图二 SW系列卧式密闭锥形砂磨机 结束 SW系列卧式砂磨机 结束 自转与公转形式小型球磨机 结束 实验室砂磨分散两用机 结束 液压三辊研磨机 结束 捏合机 结束 三涂料的流动性能 粘度(也叫粘性系数)是液体或胶态体系的主要物理 化学特性之一。涂料的粘度是涂料体系在外力的作用下, 其分子间相互作用而产生阻碍其分子间相对运动的能 力.即液体涂料流动的阻力。一切实际流体流动时,内部 各流层的流速是不同的,在相邻流层的接触面上存在着一 对等值反相的力,速度较快的流层对与之相邻的速度较侵 的流层产生了一个推动其向运动方向前进的力,而同时速 度侵的流层对速度快的流层也是一个大小相等、方向相反 的力,从而阻碍较快的流层向前运动。运动着的流层内部 相邻两流层间的相互作用力,称为流体的内摩擦力,是流 体粘性的表现。这种阻力通常以对液体施加的外力与产生 流动速度梯度的比值来表示,故液体的粘度可定义为它的 剪切力与剪切速率之比,即动力粘度。 结束 (一) 牛顿型流动 涂料的粘度不是在任何条件下都不变的,温度,剪切应力, 剪切速率,甚至时间的变化均会改变(或不改变)粘度值.然而 ,可以假设一种理想液体,它在任一给定温度下,在很宽的剪 切速率范围内,其粘度保持不变.这种流体的流动特性就叫 牛顿型流动.涂料和油墨工业的许多原料,诸如水,各种溶剂, 矿物油以及某些溶液等,就其性质来讲,均属牛顿型液体. (二) 非牛顿型流动 一种液体体系,当剪应力变化时,其粘度也会随之变化.这 样的体系就其性质来说属于非牛顿型流动. 结束 粘度测量在石油、化工、纺织、国防、医学等行业应 用非常广泛。如在医学业,测量血液及生理液体的粘度是 最新发展起来的诊断学,特别是在心血管疾病和癌、瘤等 疑难杂症的重要诊断手段;在钻井领域,钻井、因井的各 个阶段中对钻井液粘度的正确测量和控制不但直接影响钻 井效率。而且能决定井的质量;在纤维缠绕过程中,树脂 的粘度变化对产品的极限应力影响很大。但是在测量流体 的粘度时,必须了解粘度计的测量原理和适用范围。[3]同 样在涂料施工时、粘度过高会使施工困难,漆膜流平性差; 粘度过低会造成流挂及其他弊病。因此涂料粘度的测定对 于涂料生产过程的控制,保证最终涂料产品的质量都是必 要的[4] 结束 粘度的测量方法及所获粘度的单位 一.涂料粘度的几种情况:

1.动力粘度 数学表达式:τ =±μ dU/dZ 其中τ 为流体内的切应力, μ 为流体动力粘度系数.单位是N· s/㎡,或Pa· s. 2.运动粘度 数学表达式为:υ =μ / ρ 流体的动力粘度与它的密 度ρ 的比值称为运动粘度υ .它可以看作是液体在自重作 用下对流动的抵抗力.单位是㎡/s 3.相对粘度 数学表达式为:μ R =S1/S2 4.条件粘度 是使用特定的粘度计在规定的条件下测得的粘度值.常 用的有思氏度,思氏秒,国际赛氏秒等. 结束 二.粘度测量方法 1.绝对测定法 测量粘度时需要液体在装置中流动,由此流动而得其管 壁上的切应力和流动剪切率,从而得其粘度. 2.相对测定法 用已知粘度和密度的液体流过给定装置,从而确定该装 置本身的常数.然后将需测的液体通过同一装置,这时只 需测定一些与已知粘度液体的流动可比较的参数,从而求 出试液粘度的测定方法,称为相对测定法. 结束 三.粘度的具体测量方法及对应的粘度的单位 表 一 粘度测量方法 粘度名称及SI单位 毛细管法 旋转法 落体法 振动法 平板法 流出杯法 运动粘度,㎡/s 动力粘度、Ps· s 动力粘度,Pa· s 动力粘度,Pa· s 动力粘度,Pa· s 条件粘度,s或无量纲 结束 粘度计是一种用来测定液体流动特性的一种仪器,广 泛应用于化工行业。涂料粘度的测试方法很多,有各种各 样的测试仪器,如毛细管粘度计、杯式粘度计(涂—1杯、 涂—4杯、ISO流出杯)、落球粘度计、气泡粘度计(格氏 管)、旋转粘度计等.不同的方法分别适用于不同的品种 和范围。

在涂料生产的中间控制中,经常使用的是气泡粘度汁 (格氏管)。它是由一组同种规格的玻璃管内封入不同粘度 、无色透明的矿物油所组成,预先测定管内气泡上升的秒 数相运动粘度的值,按粘度递增次序排列标准液。其工作 原理是测量试管中气泡在液体中上升一定距离的时间,以 秒表示。其特点是能在短时间内给出精确的粘度数据。 结束 粘度对涂料性能的影响:[7] 1. 对储存性能的影响: 涂料的粘度适当高时,在涂料贮存中对于涂料的沉 淀有防疫作用. 2. 对施工性能的影响: 当涂料的基料用量太少时,涂料在正常填料的用量 下粘度很低,涂料在涂刷于墙上时由于水分蒸发太快致 使涂料没有足够的流平时间即已失去流动性,乃至湿涂 料的刷痕无法消失.当涂料的粘度很大时,湿涂膜在干燥 时也有可能会因为容易涂装的太厚等原因而出现起皱, 此外,常见的流挂,干燥速度慢等缺陷也可能是由于粘度 不当引起的. 结束 颜料的分散性与稳定性 无论是何种树脂体系当加人颜料(指常用的无机 颜料)后,都成了分散体,是热力学上的不稳定体 系。由于颜料的密度远远大于树脂溶液的密度,在 重力作用下,下沉是不可避免的。颜料可以粉碎得 很细,但是布朗运动使颜料粒子碰撞发生絮凝而下 沉.因此,颜料的表面处理和颜料分散剂的分子设 计是关键。在不同的树脂体系中,所用的颜料分散 剂是十分专一的,由于颜料结构复杂,品种繁多, 在不同的涂料体系中分散与稳定的理论是很复杂的, 只有进行必要的理论性实验研究,才有可能开发出 性能优良的颜料分散剂和得到均匀稳定的涂料。 结束 一、着色涂料的种类 工业涂装后形成的涂膜是配套的多层涂膜组成:腻子、 底漆、面漆、罩光清漆。腻子用于填平被涂物体较大凹凸 不平的表面,然后,涂底湖,底起防锈作用,牢固附着在 底材表面上底漆和面漆之间有过渡层 (二道底漆)。增加底 漆和面漆的层间结合力。面漆是着色涂料,是各种颜色, 起装饰、保护作用。为了增加表层的光亮度、丰满度,在 色漆上再涂一层清漆面。

防腐涂料抗化学介质腐蚀,保护设备、管道免受腐蚀。

标志涂料起标志作用。

特殊涂料包括:耐热和隔热涂料、防污涂料、高温绝缘 涂料、导电涂料、防辐射涂料、红外辐射涂料、其他特种 涂料 ( 示温涂料、伪装涂料、太阳能利用光谱选择性吸收 涂料、阻尼涂料、航天器热控涂料)。 结束 颜料形态与涂料生产工艺 着色颜料的应用给涂料带来多姿多彩的颜色。目前的颜料主要 由以下三种形态使用,即干粉颜料、液态颜料(又称普通色浆)和通 用色浆.分别代表传统生产工艺、生产线直接调色工艺和现代调色 工艺。

色漆的传统生产工艺是用干粉颜料加上成膜树脂、溶剂和助剂经 机械研磨成漆浆,再将漆浆、成膜树脂、溶剂、各种助剂配制成各 种色漆,不同颜色的色漆,可以用各种单一的复色漆浆配制,也可以 用几种单色漆浆配制成各种复色漆。通常均采用砂磨机、球磨机、 三辊磨等分散研磨设备加工.但清洗设备要消耗大量的溶剂,需用较 多的工时.为此,多用固定的设备来加工单一颜色的漆浆,故设备 的投入要占用大量的资金.有些公司推出用于乳胶漆生产的水性普通 色浆(液态颜料)供应市场,减少客户设备的投入.给客户带来了方 便。但是这些色浆对成膜树脂的类型有选择,并不具备通用性。 结束 色漆的传统生产工艺 色漆的传统生产工艺是将颜料与部分树脂、助剂、溶剂混合, 分散研磨成漆浆.再特色浆经与各种材料配制成色漆。早期的色浆 加工多半采用三辊磨,色浆的细度可以控制得较低(如l0微米、20微 米).但溶剂挥发量大,效率不高.后期大多采用砂磨机,克服了三 辊磨的缺点,逐步取代了三辊磨.但一些质硬、难分散的炭黑、铁 蓝等颜料还得使用三辊磨或球磨机.为了保证色漆生产的需要,各涂 料生产厂家根据订货量和交货期,都需贮存一定量的干粉颜料. .如10000t/a的厂家,颜料贮备量一般在300—400t左右,其资金的 占用比例相当大.有的厂家为了生产的需要,还得贮备一定量的各种 漆浆.贮存中质量可能会受影响,还占用了一定资金。这种色漆生 产工艺存在很多弊端,如颜色需要多次校正,批次间颜色很难以一 致,花色品种也难以满足许多用户对色彩的要求,中、小批量生产 耗时、费力、浪费大、成本高,无法满足环保要求等。 结束 色漆生产的直接调色工艺 为克服传统工艺的上述弊端,国外从20世纪50年代起、我国从 90年代始,一些专业厂家商业化生产和提供各种普通色浆供涂料生 产厂家选用,确实给用户带来了方便.涂料生产厂家不仅可以减少 研磨设备的投入,而且还减少于粉颜料的贮备量,可减少或不用自 己研磨的漆浆,这就在相当程度上减少了生产厂家资金的占用。但 是,这些商品化的普通色浆不通用.限制了其使用范围。如生产涂 料品种较多的厂用传统生产工艺只需贮备各色干粉颜料.而用液态 颜料则需要贮存几种不同的液态颜料。如没有合适的液态颜料,还 得用传统生产工艺研磨漆浆进行生产。 通用色浆与现代调色 生产工艺60年代中期以来.涂料行业开始应用水性通用色浆, 于80年代开始使用溶剂型通用色浆,并于90年代开始将通用色浆和 现代调色技术分别应用于其他特殊的领域,如皮革涂饰剂、PVC、 透明和半透明木器漆等领域,成功解决涂料生产中的环境保护问题。 结束 现代调色技术应用的核心是通用色浆的研制和应用。通用色浆 的最大特点是解决了色桨在相当多涂料当中使用的通用性。与液态 颜料(普通色浆)相比,通用色浆具有前者所不具备的一些特点:通 用色浆所用的颜料经过优选,批次间的质量稳定;流变性好;批次 间调色不需要多次校正.一次就可达到调色标准,颜色精度高,可 实现精确的体积式注入;可应用于现代调色系统当中,与调色管理 软件相配合.成功实施颜色的多样性、准确性。

由于通用色浆批次间良好的稳定性和相同的流变性,并严格控 制色强度,既满足了覆盖各种色空间的要求,又使开发标准的稳定 的电脑颜色配方成为可能。如芬兰迪古里拉 DOS版本或windows 版 本的软件都存有目前世界上常见的颜色体系的近万种配方.同时还 有几万个供配色用的参考配方.这种管理软件还可帮助生产厂家进行 生产线大批量调色,使颜色的制备更为简便。 结束 现代调色工艺的另一重要特点是远距离零售店包装桶内调色和 配色功能,基本上解决了传统涂料生产工艺下无法实现零售店直接 调色和配色的难题,使颜色的服务,特别是个性化服务产生质的飞 跃. 采用现代调色技术进行涂料生产,生产厂家只需批量生产白色基 础漆,大大简化厂生产管理,减少生产环节,降低质量控制成本; 可充分利用现有生产手段扩大生产能力,降低劳动成本;加快生产 流程,减少三废,提高生产灵活性,大大缩短交货时间,及时满足 用中、小批量生产。由于大大缩小原料库存和产品库存,杜绝了产 品积压,减少了流动资金的需求,加快了资金周转,可以从整体上 提高为用户服务的水平和综合效益、是目前国际上流行的非常好的 生产工艺方式、通用色浆在每立升价格方面要高于普通色浆,但由 于其调色和配色配方是经过经济的原则制定的,所以实际上的调色 成本并不明显高于普通色浆。为使现代调色技术相通用色浆适合中 国国情,为大多数涂料厂家所接受,芬兰迪古里拉公司最近向中国 市场推出了一种较经济的溶剂型通用色浆系统.据说该色浆实际使 用量和配方成本比原来的标准系统降低30%以上. 结束 二、着色涂料的制备 一般色漆都含有多种不同颜色的颜料,才能配出客户所需要的准 确颜色,为了使颜料能均匀地分散在色漆中,一般在工厂生产时可 采用以下几种不同的工艺方式c 1 多种颜料混合磨浆法 这是一种最早使用的复式颜料研磨方法。它是将色漆配方中使用 的所有颜料一并混磨分散设备进行研磨分散成漆浆,再补加漆料(树 脂)、溶剂和助剂,可直接制成色漆。

这种方法生产色漆看上去似乎十分简便,一次即可获得所需要的 色漆,但实际上往往事倍功半。众所周知,色漆的颜色是客户最关 心的一项指标。用这种方法生产出的色漆仅凭颜料的配比(往往是一 种经验数据)设计投料生产,是不可能获得颜色准确的色漆的;其次 ,由于各种颜料结构特性的差异有时十分悬殊.在研磨分散时,对 基料的吸附能力不同,造成各种颜料不能充分地分散在漆料中,难 以发挥各种颜料的最佳性能.降低颜料分散效率。即使使用了颜料 分散剂,也得不到充分利用,更谈不上涂料流变性的控制。 结束 因此,用这种方法制备出的涂料往往光泽低,色泽不鲜艳,而且很 容易出现许多涂胺弊病,如发花、浮色、缩孔、返粗等等。

但是,由于该方法具有设备利用率高、辅助装置少等优点,因此 ,往往被不少企业用来生产底漆或单色漆,或对颜色准确性要求不 高的一些防腐涂料、维护涂料。其主要问题是研磨分散效率低,生 产能力小,调换品种、花色时清洗设备工作量大。在原材料波动时 或生产计划调整时,容易导致仅顾及产量而忽视质量,更重要的是 色漆的批次颜色波动很大,给调色工作带来难度,每批产品之间的 色差大,对于要求颜色准确度高的客户极易造成退货,以致仓库积 压、资金周转侵,影响整个企业的正常运转。同时,在繁多的生产 、配漆、调色等工序中也会造成较多的涂料、原材料的消耗,进一 步增加成本,影响效益。 结束 2单颜料磨浆法 这种方法比上述方法有所进步,对含有多种颜料的色漆,采用 对它的每一种颜料进行研磨.制成单色颜料浓浆(国外也称为液体颜 料);然后调色制漆时,根据配方调入各种单色色浆、再补加树脂、 溶剂和各种助剂制成所需颜色的色漆。

这一方法由于每种颜料单独研磨分散,因此可以根据每一种颜料 的特点选择最佳的研磨设备和工艺条件,也可分别采用不同类型的 润湿剂和分散剂等助剂,充分使各种颜料(包括有机或无机颜料)能 稳定地分散在同一种色漆基料树脂中,最大限度地发挥各种颜料的 最佳性能。这种方法目前在国内使用的最为广泛,无论是水性乳胶 漆或工业涂料,绝大部分均是采用这种方法来生产。有少数生产厂 在此基础上加上电脑配色仪,使用用户自行建立的颜色数据库,对 客户给出的颜色样板用“色库”中的数据提供颜料配方(包括价格选 用配方),然后配方设计人员即可根据此颜料配方建立色浆、树脂、 溶剂、助剂的最终配漆配方。 结束 用这一方法制得的色漆准确性比第一种方法要提高很多,在国内也 被多数生产厂所接受。因此,无论在大企业或是乡镇企业,看到的 色漆生产工艺均属此类。人们的注意力集中在如何生产出优质稳定 的单色色浆,特别是近年来大量的国外分散助剂涌入国内市场,涂 料生产纷纷紧跟,用高质量的颜料分散剂后,确实给提高色漆质量, 特别是装饰性色漆的质量,包括色泽、光泽、减少涂膜弊病等方面 有了很大的改善。

但是,在上述这些优点和注意力的背后,人们似乎还忽视了这种 色漆生产工艺存在的一些固有问题。首先是只重视每种单色色漆的 制备工艺,而忽视了各种色浆在配漆时其相互之间的配套性,特别 是流变特性的配套往往被忽视;其次每种色浆都必须使用生产此种 色漆所需的树脂进行研磨分散,造成色浆使用的单一性,不具备通 用性 c 在同一工厂中如果有几十个不同树脂基料的数百种色漆品种 ,则需要有几百种不同的色浆(即使是同一种颜色)。

生产复杂性增加,库存量增加、流动资金增加;同时需要设置大量 的单颜料浆贮罐,设备及制品占用量增大。有时,有一些生产只有 几个不同树脂基料的数十个不同颜色的生产厂的车间里,就显得十 分杂乱、复杂,带来管理上很多的麻烦。

结束 另外,在制备和使用这类色浆时,往往只能采用重量计量法,与国 际上通用的体积计量有较大差距,也无法实现体积计量的电脑管理 软件的支持和调色配方的应用。最后,此种方法生产色漆时,由于 也涉及到各单色色浆的制备,然后进行配漆,调色,工艺复杂,极 易造成涂料及其它成分的浪费,单色色浆通常只能用在工厂生产色 漆,它不可能实现在远距离工厂处,如零售商店或在仓库等地方进 行调色,生产时间较长,对一些时间要求很短的订单,往往只能望 洋兴叹,无能为力。 结束 3 现代化调色用通用色浆 通用色浆是指色强度和流变性都经过严格控制的颜料浓缩体。使 用这种通用色浆生产色漆时,只需要在工厂自行生产的基础漆(白漆 用作浅色色漆的基础漆,清漆用作深色色漆的基础漆)中,采用电脑 管理软件调色配方,用调色机直接按体积计量调入色漆中,再很匀 后即可交货。

使用这一技术生产色漆的前提是色浆由专门制造厂生产,它们可 提供一整套(例如16种)各种不同颜色的通用色浆,色浆中所采用的 树脂是与常用的多种树脂均具有良好的相容性(如酵酸、丙烯酸、环 氧、聚酯等)。因此,可以大大地减少生产多种花色品种时需要的较 大数量的色浆数目。同一种颜色,不同树脂体系的色漆仅需几种色 浆所组成的经济配方即可制备出来。

通用色浆的另一突出优点是自成一个体系,一致性强,配套服务 得到充分保证。世界上几大生产通用色浆的专门公司,特别是芬兰 迪古里拉公司,从生产通用色浆、电脑配色软件开发,调色机以及 混合机等形成一体化的配套体系供应油漆生产厂使用。油漆公司在 生产色漆时,自身仅需生产几种基础漆,然后用该公司提供的调色 系统将色浆调入基础漆中,即可生产出颜色准确的色浆。

结束 调色系统采用的通用色浆还有一个特点是各种颜色色浆之间的配套 性,已由色浆生产厂设计完善。也就是说,这些色浆之间的配伍性 是绝对不会出现任何问题的。尽管有些色浆的颜料体积浓度并不是 最高的,但正是由于考虑到与其它色浆和基础漆之间的配伍性。其 展色性、流变性、耐候性、质量稳定性、颜色批次恒定性、色浆的 干性、对输送泵体的磨损等方面均已周详地由供应商优化设计。

在生产色漆时,采用现代调色技术和通用色浆后,油漆生产厂仅 需十几种色浆,配上几种基础漆,就可以完全按照客户的要求,生 产出颜色十分淮确的色漆。这样就降低了生产的复杂性,简化了生 产工艺,节约操作费用;同时可极大程度地减少库存色浆数量。由 于其生产周期极快,可在数小时,数日内为客户供货,大大降低成 品在仓库的积压,减少流动资金的占用。可大幅度提高工厂生产效 益.也能为客户提供十分满意的服务。现代调色技术生产色漆,由 于将生产色浆和生产色漆分离,就可以做到在远离工厂的地方进行 调色,油漆生产厂仅需生产1—2种基础漆.从而可快速、简便地为 客户直接提供色漆,这种调色有时仅需几分钟即可完成。配合完备 的色卡体系样板,客户可随心所欲地选择到喜爱的淮确颜色的色漆 [1]。

结束 国内色漆生产工艺 国内色漆生产的工艺过程是将原材料和半成品加工成色漆成品 的物料传递或转化过程。即混合、研磨、分散、过滤、贮存运输和 计量等单元操作的有机结合;又可划分为配料预混、研磨、调漆、 过滤和灌装人库五道工序。具体讲就是将各种原料按配方计量加入 拌合罐内,经过预分散和砂磨机研磨分散,直接生产复色色浆,将 合格的色浆输送到调合罐,在调合工段加人各种助剂,再经过调色 对稀,过滤,装桶人库。

在拌合工序将各种物料加人拌合罐内,经过预分散转人砂磨机研 磨分散,分散到2071m以下,转入调合罐,在搅拌下加人调合各组 成物料,搅拌均匀后刮细度、测粘度,合格后装桶人库。

复色漆生产工艺 按现行生产工艺,也是混合在一起研磨分散,同样造成工时延长 ,消耗增加,生产效率下降。同时,因炭黑很难分散,造成操作困 难,堵塞过滤器,堵塞筛网,浪费工时和材料,甚至引起调合工段 调色困难。[2] 结束 着色涂料的发展趋势 随着汽车工业的发展,汽车涂料也得到了快速发展。汽车涂料是 涂料中质量要求最高的品种之一,目前我国的汽车涂料在质量和产 量上与国外相比还有相当大的差距,有关专家呼吁应加快我国汽车 涂料的开发和应用。丙烯酸聚氨酪涂料良好的综合性能使其在汽车 工业中得到广泛应用。随着经济的发展,环保意识的增强,人们对 涂料的要求越来越高,不仅要求其产品美观、性能好,还要求减少 污染。[3] ●用高固体分丙烯酸树脂制备汽车涂料,可以显著提高施工固体 分.降低VOC排放,减少环境污染; ●通过对色漆配方精心设计,使用该高固体分丙烯酸树脂,可以 得到各方面性能理想的汽车涂料。[3] 耐高温隔热涂料是一种特殊涂料,它不但应具有一般涂料的特 性,而且还必须能耐高温且隔热。随着现代高新技术的发展,特别 是高速飞行的航天飞行器(如火箭、导弹)的发展,对涂料的耐热性 和隔热性提出越来越高的要求,因此,研制耐高温隔热涂料具有一 定的现实意义。[4] 结束 功能性涂料通常是指除具有一般涂料的防护和装饰等性能外,还 具有如防污、导电、防火、防辐射、防滑、防虫、热敏等等一系列 特殊功能。生物学功能涂料则是其中的一种,它的作用主要涉及两 方面;一类是通过释放涂料内对生物生长有抑制作用的成分,从而 达到防止生物附着的目的,另一类是将涂料内的营养成分缓慢释放 出来,从而起到促进生物生长的作用。本文拟对几种生物学功能涂 料的应用及发展作一概要介绍,具体涉及三类涂料:海洋防污涂料; 杀虫涂料;水产营养涂料。[5] 随着居民生活质量的提高,对居室装饰、装横的要求也逐渐由单 纯追求美观豪华向追求美观豪华与绿色环保的方向转变,可是在居 室装修中所用到的各种板材在生产过程中常常会出现一些暇疵。目 前市场上对这些暇疵常会用一种腻子 ——隐蔽剂来加以消除,而这 种隐蔽剂大都是以含有甲醛的 107胶为胶粘剂的,这种含有对人体 有害物质的隐蔽剂必然会退出市场,迫切需要一种质优价廉、无毒 无公害、符合环保要求的替代品来满足这一市场需求。为此,我们 试制的这种新型的隐蔽剂基本上达到了这些要求。[6] 结束 无机复合物着色颜料是经800、1300。C燃烧的人造的矿物质,有 紫”蓝”绿‘棕”黑等多种颜色。以往这些颜料主要用于陶瓷的着 色。如今它们是塑料和涂料着色的最重要的颜料种类之一。迄今所 用的颜料中:无机复合物着色颜料的热稳定性。耐晒性、耐化学品 性和耐候性都是最好的。[7] 幻彩涂料又称云彩涂料、梦幻涂料,它是新一代美术型装饰涂料 。在涂料行业我们知道有一些传统的方法可以制作各种仿天然材料 如木材、大理石的花纹图案。如用锯齿形橡皮片绘制木纹,用拉松 的丝棉作掩蔽,喷徐硝基喷漆而得到大理石状图案等。但用这种传 统方法得到的图案,形象比较生硬,人工制作的痕迹统为明显,色 彩也比铰单调。幻彩徐科已不单是依靠一些工具和工艺技巧,而是 利用涂科技术发展的最新成就,运用法科物理化学中例如表面张力 、挥发达 E、溶解性能等理论知识对一些涂料弊病如缩孔、浮色等 加以深化、扩大而用于创新,并采用了一些新型的原料如光干涉型 云母执珠光粉等。因而得到的图案其花纹色调过渡路十分自然,根 据需要既可制作十分接近自然的大理石状或云彩状的图案,也可制 作色调能随视角舱变幻的抽象派图案。[8] 结束 纳米复合材料的性能与有机基材、纳米粒子以及它们的制备方 法有很大关系,很多科技工作者对此进行了大量研究,以期制得最 佳性能的纳米复合材料。在已有的研究中,有机基材包括:环氧树 脂、聚苯乙烯、聚丙烯酸酪、尼龙等;无机基材有:粘土、层状硅 酸盐和纳米粒子(如SiO2、TiO2、ZnO、CaCO3:等)。曾有报道,纳 米Si02能增加涂膜的硬度、耐刮伤性,同时能保持涂膜的透明性ll— 2J。本文中,我们用直接共混法制备了聚酪聚氨酪/纳米 Si02复合 涂膜,并试图用各种实验检测仪器来全面了解纳米 Si02对聚酪聚氢 酪涂膜性能产生的影响,为新型纳米复合涂料的开发提供实验依据。 [9] 热变色材料是指其颜色随温度变化而发生明显改变的一种功能 材料。可逆热变色复配物由于其变色可逆性好、变色温度低等综合 指标最价”,被广泛地应用于防伪涂料、织物印花等生产及日常生 活的许多方面。近年来国外对这类热变色材料的研究十分活跃.有 许多专利报道了它们的组成及应用“di。中国在可逆热变色材料方 面的研究起步较晚,在应用方面与国外相比差距更大。因此,开展 此类热变色材料的研究具有十分重要的社会及经济效益。[10] 结束 着色涂料的种类、制备及发展趋势 参考文献 [1]中国涂料 2000年第1期 《色漆制造及通用色浆》夏侯元俊、朱传启 [2]中国涂料 1998年第1期 《色漆工艺改革初探》 陆兴田 [3]现代涂料与涂装 2000.5 《汽车面漆中漆配漆的试制与探讨》 穆合山 李艳华 [4]涂料工业 2002年第11期 《耐高温隔热涂料的研制》 赵继华 [ 5 ]合成材料老化与应用 2002 《生物学功能涂料的发展及动向》 柯跃虎 杨卓如 [6]2002年第22卷第3期 《新型隐蔽剂涂料的研制和应用》 赵永增 刘锦 程 [7]中国涂料工业 2000 《无机复合物着色颜料:适合涂料业的一种特殊颜 料》作者无 [8]上海涂料 1994年 《幻彩系列涂料》 王丕芬 [9]涂料工业 2002年 第11期 《纳米SiO2在高固体分聚酯聚氨酯涂料中的 应用》 周树学 武利民 [10]精细化工 2000年8月 《溴酚蓝-碱土金属离子-十八醇热变色复配物 的制备及热变色性》 杜江燕等 结束 第三节 新型颜料 近年来,随着科学技术的进步,广大科技工作 者研制了一些新型颜料,有利于涂料产品的研制。

本文重点介绍三种新型颜料:透明氧化铁颜料、 云母钛珠光颜料和纳米级二氧化钛颜料。 结束 一、透明氧化铁颜料 透明氧化铁不仅具有普通氧化铁颜料的性能,而且 具有高透明度、高分散性和色彩鲜艳等特点,广泛 用于涂料生产。透明氧化铁颜料的制法,在工业上 主要有空气氧化法、氯酸钠氧化法和羰基铁氧化法, 其最大缺点是工艺复杂,生产成本高,下面介绍 几种成本低廉的制备方法。

1、透明氧化铁黄和透明氧化铁红颜料的制备 生产原料液氨、六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠均 为工业级产品,硫酸亚铁系用于干净的铁皮与硫酸 反应制得。制备方法如下: 结束 在搅拌条件下,将1Kg纯净的硫酸亚铁溶于7.5L预先用 硫酸调节至PH值为2~3的水中,将溶液加热至40+5℃,加入 1.4L溶有45.0克十二烷基苯磺酸钠和3.85克的六偏磷酸钠 的水溶液,搅拌均匀后迅速通入混有66.0克液氨的空气, 数分钟内通完,得到细微的氢氧化亚铁胶体溶液,然后通 入空气氧化形成FeO(OH)晶核,然后将溶液加热到 50~60℃,继续通入混入液氨的空气。控制液氨加入量和速 度,以在数小时内将硫酸亚铁全部消耗的速度加入,液氨 加入量由大到小,将产品过滤、洗涤后,在80+5℃温烘干, 粉碎,制得透明氧化铁颜料。或者将过滤、洗涤后的产品 在330~350℃温度下煅烧,粉碎,则得透明氧化铁红颜色料。

颜料在氨基漆膜上呈现透明的黄色或红色,较容易分散。

透明氧化铁的化学式为α -Fe2O31.6H2O, Fe2O3>83%,外观 呈黄色粉末,粒状为棒状,粒度:长:0.07~0.175μ m、宽:

0.015~0.037μ m。 结束 透明氧化铁红的化学式为α -Fe2O3,Fe2O3>94.5%, 外观呈红色粉末,粒子形状为棒状,粒度:长:0.08~ 0.18μ m、宽度:0.015~0.037μ m。产品形 状及粘度采用HT-800透射电镜在10万倍下观察并照相,用标 准球标定粒径。也可采用RIGAKU X射线衍射仪测定产品的X射 线衍射图,并与商品级透明氧化铁黄和透明氧化铁红的X射线 比较,可进一步证实本产品为透明氧化铁颜料。

用制备的透明氧化铁黄和透明氧化铁红颜料与短油度醇酸树 脂进行制漆试验,制漆条件为:轧浆颜料含量为25%,用10ml 混合溶剂(丁苯:二甲苯=1:1)润湿8克颜料,放置24h后 轧浆,分三辊磨分散3~4道,细度20μ m以下,将其它剩余的 漆料调入色浆中,颜料含量12.5%。结果表明氧化铁红漆膜透 明,较易分散;氧化铁黄漆膜透明,较易分散。采用RIGAKU 热分析进行氧化铁黄颜料的热分析,根据热分析和耐热性能 试结果,氧化铁黄颜料在300~330℃温度下煅烧制备氧化铁红 颜料,取得较好的结果。 结束 2、超细透明氧化铁黄颜料的制备 下面介绍如何用胶体化学的方法合成超细透明氧化铁黄 颜料。在Fe3+溶液中加入碱溶液,制成透明的氢氧化铁水 溶胶体系。使加碱量相对不足,则制得的水溶胶体系中的 颗粒带正电荷;当加入阴离子表面活性剂时,表面活性剂 在溶液中电离,产生负离子团,与带正电荷的胶体颗粒进 行电荷中和,使颜料粒子改性,从而可用有机溶剂把它从 体系中萃取出来。具体的生产工艺如下:

将25ml0.5mol/L三氯化铁(分析纯)溶液、 20ml1.5mol/L 氢氧化钠溶液在60℃反应,制得氢氧化铁水溶胶。然后在 所得的水溶胶中加入0.9克十二烷基苯磺酸钠进行表面处 理。冷却至室温后,将其放于25ml氯仿(分析纯)中进行 萃取。取下层黑红色萃取液在烘箱中烘干,烘干温度 150℃,在研钵中研磨即得超细透明氧化铁黄颜料。 结束 分别取0.1g、0.2g、0.3g、0.4g该产品溶于10ml氯仿中,再 加10ml清漆,摇匀配漆,涂于洁净的玻璃片上。试验表明,随 氧化铁黄颜料浓度的增大,玻璃片上铁黄颜色也逐惭加深,透 明性均好。涂膜外观为透明黄色,耐水性好。将涂膜于120℃ 烘烤5h无变化,涂膜用10%盐酸溶液浸泡数小时及用0.5mol/L 氢氧化钠溶液浸泡数小时均无变化。涂膜能强烈地吸收400nm 以下的紫外光,并随着颜料含量的增加,吸收紫外光能力增强。

如上所述,用胶体化学方法合成超细透明氧化铁黄颜料,具 有原料来源丰富、节约能源、危害小、生产工艺简单、性能优 良等特点,具有广阔的应用前景。 结束 二、云母钛珠光颜料 珠光颜料是一种效应颜料,当其以平行于表面的方向定向排 布时,由于其折射率较高的透明层次结构,使入射光多次透射 和反射而产生类似自然存在的珍珠、贝壳、飞鸟、鱼、昆虫、 矿物等神秘光泽的效果,由此而得名。珠光颜料自17世纪中叶 问世至今,经历了从天然到人工合成、由有毒到无毒的进化过 程。目前,珠光颜料的成本已大大下降,性能大大提高,由于 其卓越的装饰效果和适用性,使其广阔应用于涂料、塑料、化 妆品、皮革、壁纸、印刷油墨等许多领域,深受消费者欢迎。

现今,综合性能优异且无毒的云母-二氧化钛珠光颜料几乎全 面取代了其它珠光颜料。

云母钛珠光颜料是在微米级(5~150μm)云母片上用胶体化 学过程包覆纳米级(30~150nm的二氧化钛粒子,经 700~900℃煅烧而成。目前常用的包钛工艺以液相法为主,基 本过程如下: 结束 将经预处理的云母粉用水打浆。在可水解的钛盐存在下升 温,使钛盐水解成水合二氧化钛并沉积在云母的表面。然后过 滤,烘干滤饼,并在一定温度下煅烧,即制得二氧化钛包膜的 云母粉。 1、银白色云母钛珠光颜料 云母钛珠光颜料的制备有加碱法、加热水解法和缓冲法。

(1)四氯化钛加碱法 加碱法是将云母在水中的悬浮液加热至所需温度,在滴加四 氯化钛溶液的同时,用氢氧化钠溶液维持PH值恒定。反应式如 下:

TiCl4+4H2O→H4TiO4↓+4HCl 将去离子水50ml、200目云母粉3g加入250ml三口瓶中,搅 拌下升温至70℃,用5%盐酸溶液调节PH值至2.0~2.5。缓慢滴 加10%四氯化钛氢氧化钠溶液维持规定的PH值,在3.5h之内加 入12ml四氯化钛溶液,继续反应30min。过滤,水洗,干燥, 煅烧,即得银白色钛珠光颜料。 结束 (2)加热水解法 加热水解法是在强酸性条件下加热使硫酸氧钛水解生成偏 钛酸,反应式如下:

TiOSO4+3H2O→H4TiO4↓+H2SO4 将3g云母粉悬浮50ml去离子水中,加入3ml浓硫酸并升温至 回流。取200g/L硫酸氧钛4.0ml,稀释后于3h内加入悬浮液中, 继续反应3h至钛盐全部水解。过滤,水洗,干燥,煅烧,即 得银白色云母钛珠光颜料。

(3)缓冲法 缓冲法选择金属或金属氧化物(如锌粒)作为缓冲剂,与硫 酸钛水解过程中生成的酸反应,起到缚酸剂的作用。反应式 如下:

Ti(SO4)2+4H2O→H4TiO4↓+2H2SO4 Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑ 结束 其中,缓慢升温法是在搅拌下向云母悬浮液中加入 15%~18%的硫酸钛溶10ml、锌粉3g。在3~4h内升温至90℃并 维持2~3h。缓慢加料法则是升温后在90℃下向云母悬浮液中 加入10ml硫酸钛溶液和3g锌粉。加料时间3~4h,并维持2~3h。

两种方法比较,控制加料速度比控制升温速度相对容易,帮缓 慢加料法优于缓慢升温法。缓慢升温法或缓慢加料法反应后的 物料经过滤,水洗,干燥,煅烧,即得银白色云母钛珠光颜料。

(4)包覆偏钛酸的云母钛珠光颜料的煅烧 煅烧可使偏钛酸失水生成二氧化钛并得所需的晶形,是制 备云母钛珠光颜料必不可少的步骤。煅烧时间和温度不同,所 得二氧化钛的晶形不同,试验表明,随煅烧温度的升高和煅烧 时间的延长,颜料晶形锐钛型所占比率下降,金红石型所占的 比例增加。也可以在包覆二氧化钛时加入二氧化锡,二氧化锡 使用得当时,金红石转化率可达100%。 结束 2、虹彩珠光颜料 虹彩珠光颜料是通过控制和调节氧化物粒子薄层的 厚度或层次而获得的。对于粒径相同的云母薄片,随着 二氧化钛附着率的增加,粒子薄层的几何厚度增大,颜 料片反射光的色相将由银白色依次转变成金、红、紫、 蓝、绿色。在两种色光之间,还可产生一系列过渡色相 的珠光颜料。

低浓度虹彩涂料与同一色相的底色漆相配,能创造出辉 煌的彩虹艳光。如与不同色相的底色漆匹配,则能产生 一种全新的双色效应,如金+紫→金紫色;绿+蓝→橄 榄色;黄+红→黄金黄;绿+红→茄色紫;蓝+绿→宝 石蓝。

虹彩珠光颜料的最大优点是可像普通颜料那样配色, 所产生的复色艳丽。 结束 3、着色珠光颜料 着色珠光颜料是在银白珠光颜料和虹彩珠光颜料的基础 上,进一步用各种金属氧化物包膜所得的彩色珠光颜料。这 类氧化物中使用最多的是三氧化二铁,由二氧化钛和三氧化 二铁层共同得到总和干衍色,也可以使铁和钛的水合物共沉 积,经煅烧后所得绿相金色颜料。现在市售的珠光颜料所含 的着色剂为炭黑、氢氧化铁、氧化铁、亚铁氰化铁、氢氧化 铬、氧化钴、氧化铜和所癈铬等。最近又出现了由稀土金属 氧化物包膜的珠光颜料。经过一系列氧化物包膜处理,形成 了色谱齐全的着色珠光颜料,扩大了应用范围。着色云母珠 光颜料的发色效果,随基体云母种类而异,例如炭黑着色的 银白云母钛珠光颜料,其色调深沉,与铝粉无异,用氧化亚 铁、三氧化二铁着色的虹彩金黄颜料,像黄金粉或乌金粉等; 用氧化铬着色的银白云母钛珠光颜料类似青铜粉。但效果最 好的是用同一色相的虹彩珠光颜料着色,其发色极显明。 结束 着色珠光颜料的制法还有有机着色方法,即在云母钛表面包 覆有机着色剂,如酞菁蓝、酞菁绿、咔唑紫、喹吖啶酮红等, 可使原有干涉色更鲜艳,或者得到双色调的珠光颜料。有机着 色的方法有两种,一是借助于络合反应或表面活性剂,使着色 剂于水浆中沉淀于云母表面;二是利用专用添加剂使着色剂膜 与云母钛表面机械粘接。

采用还原法也可使珠光颜料的色泽丰富,还原法不是通过外 加着色剂,而是通过控制煅烧条件实现的。煅烧时使物料处于 反应性气氛下,如在氨气、氢气或烃存在的条件下,则会形成 低价钛的氧化物和氮氧化物的灰、黑、蓝等特殊色调。不引入 其它着色物质,可以避免因其它物质的耐 光性、毒性或耐候 性差导致珠光颜料性能的下降。目前,着色云母钛珠光颜料在 金属闪光面漆中应用越来越普遍,其遮盖力和光泽都附合漆膜 技术要求,并赋于漆膜以强烈的金属光泽,能部分或全部替代 金粉(锌铜合金粉)、银粉(铝粉)等。 结束 由上所述,云母钛珠光颜料无毒、耐热性、耐光性、耐候性 和抗化学腐蚀性均极佳,被广泛用于制造珠光漆,在轿车、摩 托车、自行车和家用电器涂装中应用。云母钛珠光颜料适用于 几乎所有天然和合成树脂。目前,珠光颜料在溶剂型漆,如丙 烯酸氨基烘漆、丙烯酸醇酸烘漆及各类聚氨酯漆中的应用国外 已相当普遍。如美国三大汽车制造公司的三大汽车公司的所有 高、中档豪华轿车生产厂惯用底色漆-罩光漆的双层系统,其 优点是适用于大规模生产及采用机械手或机械人操作(干膜厚 度25~50μm)。目前市售的云母钛珠光颜料,通常为80目、 100目、120目、200目、325目、400目、800目、1250目八个 等级。对轿车、摩托车一类装饰性要求较高的物件,最好选择 200目以上,否则不能获得类似丝绸的柔和光泽。云母钛珠光 颜料必须经过表面改性处理,才能在涂料中应用。由于轿车一 类高装饰性产品对漆膜光泽要求极高,所以采用机械分散是必 要的。 结束 云母钛珠光颜料表面的二氧化钛粒子薄层在机械作用下可 能受到损伤和破坏,故机械分散时应避免过大的剪切力, 最好使用高速锚式或框式搅拌机,对于325目以上的超微 珠光颜料,允许采用三辊磨分散,先用树脂与等量颜料混 合后再通过三辊磨分散,制成珠光浓缩浆液,然后入漆, 搅拌均匀。珠光面漆中珠光颜料的质量比一般控制在 3%~8%,通过6%。为了增大云母珠光颜料的遮盖力,可添 加微量(一般为珠光颜料的10%)等粒径铝粉,铝粉的加入, 虽改善了遮 盖力,但影响光泽。配制珠光颜料透明面漆时, 颜料与载体的质量比为1~3为宜,稀薄的颜料能使底色透 过透明的珠光层显露出来。

珠光颜料一般单独入漆,不能与不透明或光散射性能颜 料例如钛白粉、镉盐、铬酸盐颜料、普通氧化铁颜料混合 使用用。 结束 三、透明超微细二氧化钛 透明超微细二氧化钛又称纳米二氧化钛,是材料科学研究 领域的重要课题。它具有良好的耐候性、耐用化学腐蚀性,抗 紫外线能力强,透明性优异,粒度分布均匀,分散性好,可用 于紫外线吸收剂 、化妆品、透明性薄膜、包装材料、涂料、 润滑剂、树脂油墨着色剂、精细陶瓷和催化剂等。日本已建立 了年产数吨的超微细透明二氧化钛的中试基地。

利用传统的生产二氧化钛的方法,如硫酸法、盐酸法和氯 化法不可能制得粒度100nm以下的超微粒,气相法对技术和 材质要求较高,而液相法是制备超大型微粒较为简便的方法, 利用溶胶-凝胶工艺制备纳米二氧化钛,仍是合成工艺中采用 的度要方法。用硫酸氧钛制备透明超微粒二氧化钛以净化的硫 酸氧钛为原料制备透明超微粒二氧化钛。下面介绍溶胶法制备 过程。 结束 (1)溶胶制备 将TiO(OH)2白色沉淀水洗除去可溶液性的SO2-4、Na+等 杂质离子后,加入一定体积、一定浓度的盐酸溶胶,在60℃以 上水浴上胶溶40min,得到透明的无色二氧化钛水溶液。 (2)萃取分离 取上面制得的二氧化钛水溶液,加入阳离子表面活性剂如 DBS,使溶胶胶粒转化成增水性凝聚体。然后加入有机溶剂, 剧烈振荡冲洗,使胶体粒子转入有机相中,与水分离后即得透 明有机溶胶。 (3)回流、减压蒸馏及热处理 将萃取分离后的有机溶胶,在低于有机溶剂沸点的温度下, 回流除去吸附水后,再减压蒸馏除去有机溶剂,在200~220℃ 进行热处理,即得无色二氧化钛超微粉末。 结束 (4)产品分析 将试制产品加入各种有机溶剂中,如甲苯、二甲苯、丙酮、 乙醇等,结果表明,产品在大多数有机溶剂中具有良好的透明 性和分散性。经X射线衍射分析,图上有一小峰,证明有小部 分晶态存在,大部分为无定形。产品经电子显微镜分析表明, 二氧化钛超微粒呈球状,粒度接近10nm。产品经化学分析表 明,钛含量为58.4%。用胶溶液法制备透明超微粒二氧化钛, 试验表明肯有以下优点:

(1)制得的溶胶透明性好,稳定性高,产品分散性好,透明度高。

(2)所用有机溶剂可回收循环使用。

(3)无副产物,产品纯度高。但原钛液用碱沉淀析出 TiO(OH)2 时,应防止Fe(OH)3共沉淀 。若条件控制得当,会影响产品色 相。 结束 纳米二氧化钛制备研究新进展 日本富士钛工业公司在四价钛的硫酸盐、氯化物等的水溶液中, 调PH为0.6~2.0,所得溶胶在水和非混溶性的加热介质中,形成球 水性溶胶,成功地制备了强度和耐磨损性优异的球状粒子。日本冈 村制油公司利用类似的方法制得粒径为5~8nm 的粒子。

有机钛水解制备纳米二氧化钛也是重要的研究方法。该方法的 关键在于控制指定醇 类与水的摩尔比,以及水解温度和水解速度。

在反应过程中,如存在特别大的水与醇盐摩尔比(不小于20),那 么通过钛醇盐的水解反应就能沉淀出锐钛矿微晶。日本曹达公司与 出光兴产公司利用烷氧基钛气相水解,制备系列纳米二氧化钛,粒 径大都控制在15~30nm。美国麻省理工学院用激光引发气相水解四 异丙基钛蒸气,得到透明的锐钛型二氧化钛,经高温处理转变为金 红石型。中国科学院固体物理所丁星等人以钛酸正丁酯为原料,在 无水乙醇存在下,经水解得到锐钛型钠米二氧化钛,样品加热到 550℃以上时出现锐钛矿型与金红石型混晶,而水解后不经热处理 的粉末为非晶结构特征。 结束 另外,传统的制备方法如四氯化钛水解、硫酸氧钛水解等也 在不断改进和完善过程中。日本的石原公司、帝国化工公司、 芬兰的凯米拉等公司首先用硫酸溶解钛铁矿得到硫酸氧钛,经 水解、中和、解聚等工序得到10~30nm的透明二氧化钛。

Harle等人用熔盐法制纳米二氧化钛获得成功。他们将硫酸 氧钛与KNO3-LiNO3体系及硫酸氧钛与KNO3-NANO3体系 在一定温度下熔融,然后淬冷,洗云可溶盐,烘干即得纳米二 氧化钛,平均粒径小于10nm,比表面积超过100m2/g。

近年来,在纳米二氧化钛合成工艺不断取得新进展的同时, 对后处理工艺的研究也受到了重视,通过在二氧化钛表面包覆 某种化合物,可以提高纳米二氧化钛的应用性质,如耐光性、 耐候性、分散性。日本帝国化工公司在水解得到二氧化钛后, 分别用硬脂酸钠、三乙醇胺处理,其透明性和紫外线屏蔽效果 都得到了提高。此外,该公司在纳米二氧化钛表面用SnO2ZrO2-SiO2-Al2O3进行复合包膜处理,可以提高纳米二氧化钛 在涂料中的分散性及耐热性、耐候性和涂层之间的附着力。 结束 Tioxide公司为了提高纳米二氧化钛的抗紫外线能力、透明 性、及产生特殊的光学效应,采用ZrO2、Al2O3、SnO2、 异硬脂酸酯、三羟基丙烷等进行单一或复合处理,取得了良 好的效果。日本出光兴产公司开发的表面改性的透明二氧化 钛,选用二氧乙酸钛酸酯、月桂酸钠、乙烯基二乙氧基硅烷 等作为表面改性剂,。当改性剂用量在10%左右时,亲油度 接近极限值,亲油性能良好,用地树脂中可提高紫外屏蔽效 果。为了使纳米二氧化钛适应化妆品的需要,也有用三氧化 二铁进行掺杂处理的。各种表明处理多采用以下两种途径:

无机包膜用液相共沉淀法完成,有机物的吸附则在气流粉碎 时进行。

纳米二氧化钛和铝粉等混合能产生随角异色效应,在轿 车面漆中很快得以推广。目前BASF公司、Silberline公司已 能生产多种含纳米二氧化钛的金属闪光漆。 结束 纳米二氧化钛是现代颜料设计人员手中的一个主要品种, 一向用于化妆品中作为防晒成分,以后被引入汽车涂料中。微 细二氧化钛呈现蓝色到全色的色调,与珠光云母颜料很相似, 但这种效应是由二氧化钛的超细粒径造成的。当粒径小于光波 的波长时,光线产生散射,在不同的角度出现很协调的色调。

在自然界,这种效应的例子是夕阳的颜色及天空的蓝色,它们 都是由空气中许多微细的光散射体产生的散射结果。在这类颜 料生产时,粒径极为均匀。 结束 四、汽车涂料用Iriodin/Afflair珠光颜料的颜 色 配方 1989年,美国生产的汽车面漆有32%含珠光颜料,而且随角异 色效应颜料的应用范围在美国、日本和欧洲不断扩大。当今世界最 感兴趣的品种是颜色纯净、柔和并有一定闪烁效果的涂料一个趋势 是针对特定类型和特定型号的汽车开发特殊的颜料。例如各种彩色 汽车,其颜色鲜艳而且花色很多,有石油绿(马自达,RX-7)薄 荷绿(大众,高尔夫),鳄鱼灰(福特、埃斯考特)。豪华型彩色 汽车的颜色偏暗一些,显得更为优雅。例如毛里求斯蓝色(宝马), 暗表绿云母色(丰田)和闪光红(奥斯摩比)。

随角异色效应颜料领域的新成就,正得到用户的认可。片状石 墨是一种“新型黑色颜料”,超细二氧化钛是一种“反向闪烁颜 料”,这丙种颜料及超细珠光颜料(<15μm)常用于配制有奇特效 果的颜色。新一代云母颜料,如银白色灰色珠光颜料能赋于汽车面 漆优雅的外观。 结束 汽车面漆广泛使用两类随角异色效应颜料:

(1)珠光颜料(去母颜料)(Iriodin R/Afflair TMWR 颜 料)。

(2)片状金属颜料(以铝粉为主)。

除了这两类外,最近还开发了一些颜料品种,它们能在光 线照射下呈现绚丽的色彩,主要有微细二氧化钛、片状石墨、 片状酞菁铜和氧化铁包覆铝粉。

Iriodin/Afflair 珠光颜料是用云母作底材,包覆上金红石二所 癈钛和/或三氧化二铁。Iriodin/Afflair 其特点是外观明亮,铝粉 的粒径范围是7~45μm。

同于Iriodin/Afflair 珠光颜料具有透明性,因此可设计出众 多珠光彩色效应,但遮盖力有限。在一般底涂/罩光面漆体系中, Iriodin/Afflair 珠光颜料都要和其它颜料混拼使用。因为配方中 各种组分均应透明且无散射作用,所以只推荐透明的无机或有 机颜料。 结束 通常,底涂层的厚度为15~35μm,可以采用下列一些珠光颜 料配方:

(1)将Iriodin/Afflair珠光颜料与透明的有机或无机颜料混 用,能得到一系列特别明亮外观的色调。

(2)将Iriodin/Afflair珠光颜料与炭黑或片状石墨混合使用, 结果得到带有特定高雅感觉的深暗色色调。

(3)在Iriodin/Afflair珠光颜料中加入少量铝粉,能制成闪 光面漆,其中去母起闪烁作用,铝粉起遮盖作用。

为了得到最清晰的镜面反射效果,在采用随角异色效应颜 料制成的汽车底漆上还需涂一道透明的罩光面漆。

近年来,汽车颜色有更新的突破,如将红色云母颜料 (Iriodin/Afflair 9504 WR)与氧化铁红混用,呈现一种鲜艳的红 色闪光效果(红色闪光/GM车);加入干涉颜料后,如 Iriodin/Afflair 9219 WR,能产生一种紫色的现代色外观(中紫 红/福特车)。另外一个例子是氧化铬绿-云母颜料 (Iriodin/Afflair 9444 WR)和片状酞菁蓝颜料混用,结果产生从 深蓝色到蓝绿色的强烈颜色闪烁效果。 结束 有一种典型的汽车“云母面漆”,它含有下列组分(按颜料固 体分计):

Iriodin/Afflair珠光颜料(30%~60%) 透明有机或无机颜料(70%~40%) 炭黑(约2%) 铝粉颜料(约3%) 以下是几种曲型的汔车随角异色效应颜料的配方,配方比 例是一个近似值,但从中可以看出颜料之间的比例变化是如何 影响颜色及外观效果的。 结束 [例1]蓝色 中蓝闪光色-“通用”轿车 组分 用量(质量份数) 珠光颜料Iriodin/Afflair 9225 WR 20 铝粉(中粒度) 40 酞菁蓝 30 颜料黑 10 这种颜料具有闪光颜色,色泽明快。 结束 [例2]翠绿色-Mercedes奔馳 组分 用量(质量份数) 珠光颜料Iriodin/Afflair 9235 WR 30 酞菁蓝 35 酞菁绿 30 颜料黑 5 此颜料是干涉云母绿颜料与有机颜料的混合物,蓝色有机 颜料的加入使面漆具有现代感。 结束 [例3]白色-米色 浅浮木色-通用公司轿车 组分 用量(质量分数) 珠光颜料Iriodin/Afflair 9103 WR 40 (10~40μm) 铝粉(中粒度) 55 透明氧化铁 5 颜料黑 微量 颜料白 微量 该颜料闪光效果强烈,给人的感觉是一种很绚丽的天然 的长年木材颜色。 结束 [例4]灰色-黑色 金刚石黑色 -宝马轿车 组分 用量(质量分数) 珠光颜料Iriodin/Afflair 9103 WR 20 (10~40μm) 玉米片状铝粉 5 颜料黑 30 靛蒽醌蓝 30 透明氧化铁 15 结束 [例5]闪光亮红色- Corvette(通用公司) 组分 用量(质量分数) 珠光颜料Iriodin/Afflair 9504 红 WR 40 (10~40μm) 透明氧化铁 15 喹吖啶酮紫 15 花紫红 5 此颜色让人看了眼花缭乱, 一辆静止不动的红色赛车, 看上去好象飞馳。 结束 [例6]红色 艳深红色-Mercedes奔驰 组分 用量(质量份数) 珠光颜料Iriodin/Afflair 9504 WR 65 (10~40μm) 珠光颜料Iriodin/Afflair 9505 WRⅡ 5 (10~40μm) 喹吖啶酮紫 10 花紫 15 颜料黑 5 此颜料的特点是使用了两种紫色颜料,使红色很高雅,一 种是珠光颜料Iriodin/Afflair 9505 WRⅡ,还有一种是有机紫。 结束 第四节 着色涂料用助剂 简介[1] 着色涂料是由成膜物质(主要有天然树脂、合成树脂、改制过油 脂)、颜料(着色颜料、功能性颜料、体质颜料)、助剂和溶剂。

其中助剂是涂料中不可或缺的组分,它可以用微小的用量而发挥着 特定的作用,为改进涂料生产工艺,改善施工条件与涂膜外观,改 善贮存性,提高产品质量,赋予特殊功能。没有不使用助剂的涂料, 也没有涂料不使用助剂。

下面列出的是主要的涂料助剂的分类情况:

1.催干剂和抗结皮剂 3. 湿润、分散剂 5. 流平剂、防缩孔剂增滑剂 2. 乳化剂 4. 消泡剂 6. 光引发剂 结束 7. 紫外线吸收剂和抗氧剂 8. 防污剂 15. 防沉剂和流变剂 16. pH值调节剂 17. 催化剂 18. 抗静电剂及导电剂 19. 附着力促进剂 9. 防霉剂和杀菌剂 10. 消光剂 11. 偶联剂 12. 助成膜剂 13. 增稠剂 14. 引发剂和阻聚剂 当然,也有人把助剂分为水性助剂和溶剂型助剂两大类, 主要是针对涂料体系的特性而言,给使用者在选择水性和溶 剂型涂料体系采用的助剂有一个明确的提示,使用户在选用 助剂时多一个参考系统,也是十分有益的。 结束 着色涂料所用助剂的品种 首先,我们了解一下涂料助剂的分类[2] :

涂料助剂能在涂料制造、贮存、施工及成膜后的各个阶段发挥作 用。按其用途可进行如下分类。

(1)在涂料制造时发挥作用的助剂 颜料分散是涂料生产的技术关键,对涂料的性能有极大的影响。

为了提高额料的分散效果,研磨分散阶段使用的助剂主要有湿润剂 、分散剂、它不但能提高工效、降低能耗,还可以提高涂料贮存的 稳定性、漆膜的耐候性,增加光泽防止沉淀。

消泡剂是乳胶漆生产时不可缺少的一种助剂,否则生产及包装就 无法进行。

(2)在贮存和运输时发挥作用的助剂 涂料在贮存中容易产生颜料粒子絮凝、返粗、沉淀、增稠、结皮 ,除此之外水性涂料还易产生腐败生雹,结冰破乳,运输起泡等不 良现象。分散剂、防沉剂、防结皮剂、防腐剂、防雹剂、冻融稳定 剂,消泡剂能防止涂料在贮存和运输期间产生上述各种不良现象。 结束 (3)在涂料施工和涂膜 干燥中发挥作用的助剂 由涂料形成涂膜要经过涂装,涂装的方法很多,有刷涂、喷涂、 淋涂、滚涂、静电喷涂高压元气喷涂、电泳涂装等,无论那种方法 有时涂膜都会产生一些病态,其原固不易弄值,有的易于解决,有 的则难以消除。使用涂料添加剂是消除病态的对策之一。

在涂料施工中容易出现的涂料病态有流坠、流乎性不好、桔皮、 气泡、缩孔、缩边、漏底浮色发花等问题,这些问题可以使用防流 挂剂、流平剂、表面状态控制剂、浮色发花防止剂等来解决。

为了提高涂膜的干率,缩短干燥时间例如醇酸树脂等氧化干燥型 涂料,必须使用催干剂来调整干率。

最近在烘烤固化型涂料中,为了缩短固化时间,达到节省能量的 目的,经常采用固化促进剂,以此来降低固化温度。还如聚酯涂料 中使用的固化剂、固化促进剂等。 结束 (4)在涂膜中发挥作用的添加剂 在涂料配方中使用的助剂有些是在涂料成膜后才显示或发挥作用 的。如紫外线吸收剂、划痕防止剂、防粘连剂、防酶剂等均能增加 涂膜的自身保护作用,延长其使用寿命。还有的助剂能使涂膜的某 些性能得到明显的提高或改善,如分散剂能提高涂膜光泽、着色力 ,遮盖力,耐候性等,偶联剂能增加涂膜的附着力,流平剂、增滑 剂能提高涂膜的平滑性,光泽等。消光剂能降低涂膜的光泽。上述 这些助剂是在涂料成膜后才显示出作用,另外还有些助剂则能赋予 涂膜某些新的功能。如阻燃、导电防污剂等。

当然,也有人把助剂分为水性助剂和溶剂型助剂两大类,主要是 针对涂料体系的特性而言。

着色涂料制造、贮存、施工等过程中使用助剂品种较多,改进涂 料加工性能、施工性能和涂膜的外观。还有另外一类助剂,是能赋 予涂料某种特殊性能的,如紫外光吸收剂,可以减少物体间接触是 冒火花,保证安全生产。海洋船舰的船底漆,要加防污剂,杀死附 着船底的微生物,保证船速不会因微生物附着过多而影响船速。船 舰甲板用涂料要添加防滑剂和耐磨剂等[3]。 结束 一、润湿分散剂[4,5] 颜料分散与漆料之中的第一步是树脂对颜料粒子表面的润湿作用 ,润湿效率高,颜料就容易分散。润湿效率的高低取决于漆料和颜 料之间的表面张力和接触角的大小,表面张力大,接触角大,颜料 被润湿难,分散难。润湿分散剂的作用就是降低漆料和颜料之间的 表面张力、缩小接触角。

润湿分散剂大部分是表面活性剂。表面活性剂分子一般总是由非 极性的,亲油的碳氢链部分和极性的、亲水的基团构成,两部分分 处在分子的两端,形成性基团如C14或更高碳的脂肪酸同系物伸展在 溶剂中,形成吸附剂,提高颜料的润湿效率。

润湿剂的非极性基团带负电荷称为阴离子型润湿剂,带正电荷称 为阳离子型润湿剂。不能电离,不带电荷的非离子型表面活性剂, 主要在水系涂料中使用。

在溶剂型涂料中加分散剂、大大提高研磨效率,节省时间及能源 ,增加涂膜光泽,改善流评剂。在相同粘度下使用润湿分散剂,能 够提高颜料的体积浓度,提高填充型;在相同的颜料体积浓度下可 以降低分散体系的粘度、改善流动性。添加润湿分散剂改善涂料贮 结束 存稳定性,提高颜料的着色力和掩盖力,防止漆膜浮色、流挂。 常用润湿分散剂品种较多,如下:[6] 天然高分子类 卵磷脂是其代表产品。可作为湿润分散剂用在溶 剂型涂料油墨中,吸附在颜料的表面有润湿和分散效果,使颜料形 成絮凝结构,因此具有防止浮色,沉淀和流挂的作用。加量必须适 当否则会产生不良影响。

合成高分子类 这类助剂多是长链的多氨基酰胺与各类酸的盐, 它们多属电中性的表面活性剂。应用范围较广,可在颜料表面上形 成较厚的吸附层,因此提高了颜料分散的稳定性,起到了防止浮色 发花的作用。另外静电涂装时能降低电阻率,增强导电性。

属于这类产品的添加剂有德国BYK公司Anti—Terra—P、 Anti— Terra—U、Anti—terra—203、204、206、Disperbvk、Dispgbyk l01 ;Dispgbyk l30;德国HENKEL 公司的 Texaphor—963、exaphor— Vp3061;台湾德谦公司的923、902、90G等。 结束 多价酸类 该类添加剂可以使混合颜料形成有益的杂絮凝,防止 单一颜料的过渡絮凝。若添加到色浆中可作研磨助剂使用提高分散 效率。

属于这类产品的添加剂有BYK公司的YK—N04、N05、 BYKumen、HENKEL公司的Texapor—3098、台湾德谦公司的904。

嵌段共聚物 通过嵌段共聚使分子化合物带上了多个与颜料亲和 的活性基,能够牢牢地吸附在颜料表面上,亲树脂溶液的聚合链伸 展在溶液中形成厚的吸附层,因而对涂料的分散稳定性提供了可靠 的保证,达到了防止浮色发花、沉淀等目的。这种分散剂是近年在 传统分散剂的基础上研制开发的一种新型分散剂。

BYK公司的 Djsperbykl60、161、162、163、166就是这种新型分 散剂.对颜料具有良好的分散。

作为湿润分散剂的还有特殊的乙烯类聚合物,偶联剂等。 结束 二、流变剂、防沉剂[7,8] 颜料分散到漆料中,由于颜料粒子过细,比表面积大,表明能大 ,有趋于聚结、降低表面自由能的趋势。加上一些金属氧化物型颜 料比重大,沉降趋势大,分散再好,只能延迟沉降时间,而不能防 止沉降。色漆贮存时间长,许多品种会缓慢地持续地沉降结成硬饼 ,难以再分解。

防止颜料在色漆中沉降的常用有效办法是添加流变助剂,在低剪 切速率下建立触变结构。这种结构是疏松网络,比较脆弱,稍受剪 切力就破坏,粘度变小。剪切力撤去,又形成结构,粘度增加,能 使颜料颗粒悬浮而不沉降。

流变助剂的使用,可以稳定地调节涂料地流变性能,赋予触变性 。常用的流变剂有:有机膨润土类、气相二氧化硅、蓖麻油衍生物 、聚乙烯蜡等。有机膨润土流变助剂用于涂料工业历史较久,国内 最常用于铁红着色涂料中。原料来自天然蒙脱土,经过有机改性, 变亲水性为亲有机物性,才可用于有机系。有机膨润土可以和颜料 一起加入漆料中,也可预先制成胶体后加入。后者效果好。有机膨 润土用于铁红低漆中效果较好。 结束 气相二氧化硅用在非极性液体中有最大的增稠效应。在这种体系 中二氧化硅颗粒和液体中分子间的相互作用在能量上大大弱于颗粒 自己相互之间的相互作用。气相二氧化硅采用三辊磨分散效果最好, 高速搅拌次之。

二氧化硅可用于防锈材料、厚浆涂料,提高贮存粘度,防止颜料 沉降,改善涂膜流挂。气相二氧化硅的缺点是在贮存中粘度和触变 性有下降趋势。

氢化蓖麻油用于氯化橡胶、乙烯类。环氧和醇酸树脂漆中,尤其 用于厚浆涂料中,无气喷涂,要求在高剪切速率下粘度的,便于施 工。在成膜时,很低剪切速率下涂料粘度高,防止垂直面上流挂。

在贮存中粘稠,防止颜料沉降。

分子量1500-3000的乙烯共聚物统称聚乙烯蜡,使之溶胀和分散 于非极性溶剂中,制成凝胶体,用于氨基聚酯树脂等涂料中,可获 得触变性能。

另外,用聚酰胺树脂改性醇酸树脂,可获得触变性醇酸树脂,可 进一步制得触变性醇酸树脂涂料。 结束 三、催干剂[9]和防结皮剂[10] 催干剂与固化剂是有区别的,固化剂要与聚合物中官能团起化学 反应。陷于剂本质上是催化,与聚合物不起化学反应。催干剂能够 促进或加速可氧化漆料的干燥、固化和硬化。在涂料中最常用的催 干剂是单羧酸的金属皂。

催干剂对在室温和较高温条件下固化涂料起催化作用。金属在任 何情况下是作阳离子,并有一种以上处于氧化状态的能力。

油性能的干燥通过吸收氧气,形成过氧化物,再经过氧化物分解 过程来完成,油漆中催干剂的存在加速了氧气吸收和漆膜干燥。

醇酸在其双控上吸收氧原于打开双镑形成自由基,经聚合形成干 漆膜。不加催干剂的醇酸树脂,经几天干燥后,漆膜仍松软,加了 催干剂的醇酸树脂经几小时就表干.隔夜实干。

催于剂是有机酸的盐类(即羧酸金属盐),通常为C6—C10酸如环烷 酸和新癸酸。酸的选择似乎对干燥没有影响,它主要是影响溶解性 ,稳定性和功效。酸使金属能溶于树脂体系中。不可溶的盐,如乙 酸盐和氯化物无催干功能。催干剂的用量总是以金属按树脂固体份 计的百分数来表示.一般范围在0.0l—0.6%。 结束 催干剂的分类。催干剂分为氧化型,聚合型和助催化剂。氧化型 催干剂(又称为主催干剂或者活性催干剂)促进氧气被漆膜吸收.并 催化形成过氧化物和分解。这类催干剂能加速涂料的表面干燥。

活性金属能促进氧化反应,又称为“表”催干剂。助催干剂能促 进聚合反应.又称为"透"催干剂。通常使用至少一种活性催干剂和 一种或多种助催干剂。在氧化固化体系中催干剂适当搭配对该膜稳 定性、固化速度及其性能的提高很重要。

主要的金属催干剂有:

活性的——钻,锗,铁,饰,稀土金属,钒和促进剂。

辅助的——铅,钙,铬,锌,钡,铋,锂。

气干型涂料在使用和贮存中,表层于空气接触,已被氧化胶凝, 逐渐结膜,以致结厚皮及至凝胶,无法使用。抗结皮剂就是阻滞气 干型涂料表皮结皮。

气干型涂料在生产使用过程中,采用溶剂盖面等隔离空气措施以[ 延迟结皮,但效果不明显。抗结皮剂能有效地防止结皮。植物油中 的生育酚类物质是天然的防结皮剂,使植物在贮存过程中不易氧化 结皮,理想的抗结皮剂不但具高效的抗结皮效果,而且无损害涂料 性能的副作用如延迟干性,影响色泽及气味等。

结束 常用抗结皮剂有酚类及肟类两种。目前使用的抗结皮剂,实际是 抗氧化剂,对气干型涂料表面氧化有延缓作用,因而对氧化固化干 燥速率都有一定的影响。

1.酚类抗结皮剂 对苯二酚被氧化活性极强,且与涂料混溶性较差。一般选用邻、 对位有取代基的酚类化合物作抗结皮剂。

酚类化合物对抗结皮虽有良好效果,但对涂膜表干影响较大,使 用不当会使涂膜几天不干。且易使涂膜泛黄,一般涂料不使用酚类 化合物为抗结皮剂。

2.肟类抗结皮剂 具有―C=NOH 基团的化合物都称肟类,常用的肟类抗结皮剂 有甲乙酮肟、丁醛肟和环已酮肟。肟类化合物与涂料混溶性好,防 结皮性能好,对气干型涂料施工后涂膜表干影响较小。肟能与催干 剂的金属离子形成络合物,使催干剂失去催干作用而延迟涂料的结 皮。在成膜过程中肟挥发,催干剂恢复催干作用。

肟类抗结皮剂一般在催干剂之后加入涂料体系,这样不影响涂料 颜色。丁醛肟适用于油性漆及酚醛漆中,甲乙酮肟则适用于醇酸漆 及环氧酯涂料中。

结束 四、防止发花、浮色助剂【11,12,13】 发花与浮色总称为颜料漂浮,这是涂料施工后漆膜仍处于湿态时 所发生的颜色变化,但二者表与形式却不同。发花指新涂成的涂膜 中存在多种颜料的不均匀分布,通常呈条斑窝斑状,可以理解为颜 料垂直方向的分离。浮色是指涂料施工之后湿膜中的颜料呈水平方 向层状分离,也就是涂膜中多种颜料的一种或几种颜料较密集于涂 膜表层呈均一的分布,但却与原配方有明显有颜色差别。

造成涂膜发花、浮色的原因是混合颜料湿润分散不好,产生絮凝 ,聚集的大粒子运动变缓慢,与未絮凝的颜料粒子形成运动速度差 ,颜色分布不均,形成发花,浮色。混合颜料中各种颜料比重差别 大,湿润分散不好,重力的影响结果,比重小的颜料浮往涂膜表面 ,也造成发花与浮色。

另外的原因是涂料粘度小,溶剂含量高。施工后大量溶剂挥发, 表面温度大降,粘度增高。涂膜表面的张力大于内层。这样涂料形 成从里层向上表层运动的力,重力的影响又使涂料往下沉。这两种 力的反复作用,形成涡流,使涂膜干燥后形成不规则的网纹或条纹 ,有桔皮现象。 结束 解决涂膜浮色和发花,首先要选择好树脂和溶剂,混溶性要好, 粘度合适。在这个前提下采用助剂努力完成解决。

一类助剂是颜料湿润剂,最简单的是添加环烷酸锌(也是助催干 剂)研磨分散,对防止发花浮色有一定作用。其他湿润分散剂也能 有效地防上浮色、发花。

另一类助剂是流平剂,常用硅油,可以减少颜料发花,对防止颜 料浮色没有效果,其他流平剂如低粘度有机硅树脂、聚丙烯酸树脂 等也有效果。

添加增粘剂和触变剂,使涂料具有结构粘性,改变涂料的流变性 ,减少涂料的全体运动性,防止浮色和发花,前面介绍的流变助剂 均可使用。 结束 五、消光剂[14]、增光剂[15] 我们把加入涂料中主要影响光泽亮度的各种天然和合成的材料称 为消光剂。当光从光滑表面上反射,就出现光泽。当光射到表面上 是散射而不是反射时,表面无光泽。在漆膜中任何微小的不规则性 将会引起光的散射。消光剂是在漆膜干燥和固化时,在漆膜表面提 供微小粗糙以降低光泽。粗造表面是散射光而不是反射,观察到的 是无光表面,用消光剂可增加漆膜表面不规则性,但保持平滑。

高颜料份涂料通常具有低光泽,因为颜料粒子突出在表面使表面 组糙。光泽通常与水平面成60°角来测定。许多配漆师为达到这个 目的.在配方中加入填充料。有时候加入完全不同材料如廉价的木 粉,在漆膜表面造成不规则。有些消光剂专用于降低光泽。

配方考虑在决定选用哪种类型的消光剂之前,最终使用者必须考 虑涂装表面光滑性,漆膜透明性和总的外观,同样消光剂的选用会 产生施工性能的重大差别如粘度、重新分散和光泽稳定性。 结束 二氧化硅:二氧化硅在工业上是作为一种典型的消光剂,它适用 于溶剂型和水性体系,实际上用于所有类型树脂体系中:丙烯酸类, 乙烯类.聚酪类,硝基纤维素类,聚氨酯类和醛酸类。光泽的降低 与粘度增加有密切关系,而粘度增加有时候对我们的配漆工作带来 困难。

在有机溶剂型、水性和高固体涂料中,用合成二氧化硅消光剂生 产出低光泽的漆膜。特别是水性罩面漆不能承受高剪切力,否则会 破坏乳液和起泡沫。因此消光剂必须容易润湿且在低剪切条件下进 入涂料中。适用的二氧化硅是沉淀二氧化硅,气相二氧化硅,硅藻 土,二氧化硅凝胶。

应用:二氧化硅用于建筑涂料,清漆,卷材涂料和一般工业涂料 ,工业木器漆、面漆、防腐蚀底漆、美术漆及绒面漆等方面。有些 涂料特别是卷钢涂料对合成二氧化硅的质量要求非常高。

精致的家具及其他木器产品上用的透明涂料,消光后能获得半光 漆。木器漆的一条非常重要的原则是透明度,这并不能从天然消光 剂中获得,因为它们的折射率比涂料中树脂高。两者在折射率上的 差异造成体系内部产生混浊,因此所用的消光剂必须与溶剂型涂料 和水性涂料体系中的树脂折射率近似。

结束 通过二氧化硅与树脂的折射率的匹配及控制粒子的大小就能获得 涂料的透明性。它的表面是否处理,对涂料的透明性有重大影响。

水性涂料要比常规溶剂型涂料的沉陷问题要严重。因为这样,有 时要使用蜡处理过的二氧化硅、因它们能提供较好的悬浮性能。但 在分散过程中要特别注意,因为如蜡从二氧化硅上脱开,将在最终 漆膜中产生缩孔。在溶剂型涂料中.二氧化硅总是作为后添加剂。

水合二氧化硅有充满水的孔隙,不会产生聚结问题。

为将多孔二氧化硅加到水性体系中,二氧化硅必须先在水分散介 质、成膜助剂、共溶剂和增稠剂中进行预润湿,然后加入聚合物分 散体中。

增光剂:与消光剂相反,那些能降低漆膜表面粗糙度而增加光的 直射、反射的物质称为增光剂。

能够改进涂膜表面平整度和光洁度的助剂都有增光的作用。如润 湿分散剂促进颜料良好分散,是提高成膜后高光泽的重要条件。流 平改进表面平整度,提高涂膜光泽,有机硅体系,改进表面张力, 流平性,也对增光有作用。 结束 着色涂料所用助剂发展趋势 着色涂料所用助剂应用的一个趋势是环保型着色涂料用助剂。

国际环境保护法颁布后,发达国家先后提出了发展涂料工业的三 大前提和四大原则,即无公害(无污染)、省资源、省能源和经济 、效率、生态、能源。

向低有机挥发物( VOC )方向发展,注重环境保护已成为人类共 同的事业。随着现代化工业的发展,环境污染越来越受到人类的重 视,各国政府相继制定了有关法规,美国对建筑涂料的有机挥发物 的限制做出了更为明确的限制。其VOC含量从100g/1限定到50g/1。

日本和欧美国家也都在环保法规上对 VOC 含量做出了限定标准。而 涂料排放的VOC是主要的环境污染源之一。因此,减少VOC含量已经 成为国外涂料发展的总趋势。所以,关于新型涂料用颜料浆的研究 、各种高效涂料助剂的研究也是十分活跃的。

环保型着色涂料所 用助剂的研究也在其中。[16] 结束 着色涂料用助剂应用的另一个趋势是采用多功能助剂。如润湿分 散剂可以起防沉剂,防止发花浮色作用,也具有流平作。一种表面 调整助剂可以同是具有防止发花、浮色、防缩孔和增光的作用。这 是选用涂料助剂的一个值得重视的动向[17]。如扬州立达树脂有限公 司开发的一种多功能助剂产品,其可增进颜料润湿,缩短研磨时间, 并稳定颜料分散体,形成颜料和填料的可控絮凝,从而防止浮色和 发花,防止颜料硬的沉淀。[17] 在我国,开发适合我国国情的具有特殊功能的协效型、复合型的 和多功能的、专用型的系列涂料助剂也是一种趋势。[18] 如我国某公司的开发的一种产品,其集增稠、保水、流平、渗透 、润滑、分散、悬浮、粘合、乳化、成膜等多种功能于一体。这种 多功能助剂是用现代科学制造方法精制而成的水溶性白色粉末,产 品性能优良,经国家质检部门检测符合Q/BQB001—200 0技术标准要求,可替代聚乙烯醇缩甲醛胶?107胶,用于内外 墙面涂料的生产。用它生产的涂料产品符合国家建设部 JG/T3 049-1998标准要求,并可供刮、喷、辊、涂等施工。使用 时,只要加入一些非金属矿粉,便可制成各种档次干粉、液体的涂 料产品.。[19] 结束 着色剂涂料所用助剂向着多样化、产品系列化发展。

几个主要涂料助剂领域的发展趋势[20] ①乳化剂 1)水性低分子量聚合物代替传统乳化剂、实现无皂聚 合,2)反应型乳化剂 ,3)功能型乳化剂。

②流平剂 高效、相容性广泛 ,具有可重涂性、不含有机硅的流平 剂。

③分散剂 1)高分子分散剂 ,2)带有高效稳定基团的分散剂。

④防污剂 1)高效低毒无锡防污剂,2)天然产品提取物防污剂,3) 多功能防污剂 。

⑤防霉剂 1)高效安全性能的防霉杀菌剂 ,2)混合防霉剂。

⑥引发剂 1)官能团引发剂,除引发自由基反应外,也参加固化反应 ,2)新型光敏引发剂 。

⑦消光剂 1)低污染涂料,如水性漆、乳胶粉末涂料和高固体、无 溶剂涂料用消光剂.,2)对光泽无影响高分子腊消光剂。

⑧流变剂 1)酰胺腊, 2)微凝胶 ⑨氟碳表面活性剂 1)开发价格适中的氟碳表面张力调节剂。

⑩增稠剂 1)PU类增稠剂,2)综合型增稠剂。 结束 着色剂涂料所用助剂发展建议[21] 利用目前进口助剂大量涌入国内涂料市场的时机,拓展对涂料助 剂的应用,不断提高涂料产品的性能,加快涂料产品的更新换代。

涂料生产厂目前可根据本身产品的性能和体系特性,选择适合自身 产品特点的助剂,采用拿来主义的方针,加快市场开拓能力,推进 技术进步的进程。

组织国内有关开发研究、生产、使用涂料助剂的单位研究涂料助 剂的发展。现在应该是时机较为成熟的楔机,助剂的重要性已被人 们所认识。尽管总生产量不大,但品种多,涉及面广,效果显著。

在合适的时机,可成为涂料助剂分会,以促进国内助剂工业的进一 步发展。

开发适合于涂料产品发展方向的新型助剂,如水性涂料用助剂、 高固体、粉末涂料、无溶剂涂料等用助剂,特别是着色涂料所用助 剂。这样,这些助剂的开发及应用又能进一步促进这类环保型涂料 的技术进步。 结束 着色剂涂料所用助剂参考文献 【1】 刘国杰,耿耀宗:涂料应用科学与工艺学,P192中国轻 工业出版社,1999 【2】 杨其岳:涂料助剂,涂料与应,1993 【3】 同[1],P192 【4】 钱逢麟、竺玉书主编:涂料助剂——品种和性能手册,P73 ,化学工业出版社,1990 【 5 】 郭隽奎,王长卓译:涂料流动和颜料分散, P1 — 250 , P353—470,化学工业出版社,1998 【6】 苏琴,胡迅中:助剂介绍,上海涂料,1997 【7】 同[4],P189 【8】 同[5] ,P498 【9】 苏琴,胡迅中:助剂介绍,上海涂料,1997 【10】同[1],P193 【11】上海钛白粉厂/涂料工艺(涂料用钛白)化工部涂料技术进 修班,上海科学技术大学,1983 结束 着色剂涂料所用助剂参考文献 【12】同[5],P557—568 【13】同[4],P418 【14】杨其岳:谈谈我国涂料用助剂,中国涂料 1991 【15】同[1],P195 【16】中国化工网, 国际涂料工业发展方向 【17】同[1],P196 【18】赵宏升:建议加强涂料助剂的研制和应用,苏州市化工研 究所,化工时刊 1989 【19】中国知识产权网,新产品介绍 【20】钱伯容:涂料助剂的现状及发展对策,常州涂料化工研究 所,1999 【21】钱伯容:涂料助剂的现状及发展对策 ,中国涂料, 1999 结束 主菜单 本章结束 下一章 结束

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