颜料的深度解析

1颜料是涂料中一个重要的组成部分，它通常是极小的结晶，分散于成膜介质中。颜料和染料不同，染料是可溶的，以分子形式存在于溶液之中，而颜料是不溶的。涂料的质量在很大程度上依靠所加的颜料的质量和数量。【颜料的作用与性质】颜料最重要的是起遮盖和赋于涂层以色彩的作用，但它的作用不只于此，还有：①增加强度有如炭黑在橡胶中的作用。颜料的活性表面可以和大分子链相结合，形成交联结构。当其中一条链受到应力时，可通过交联点将应力分散。颜料与大分子间的作用力一般是次价力，经过化学处理，可以得到加强。颜料粒子的大小和形状对强度很有影响，粒子愈细，增强效果愈好。②增加附着力涂料在固化时常伴随有体积的收缩，产生内应力，影响涂料的附着，加入颜料可以减少收缩，改善附着力。③改善流变性能颜料可以提高涂料粘度，还可赋予涂料以很好的流变性能，例如，通过添加（如气相sio2)赋予触变性质。④改善耐候性如炭黑既是黑色颜料又是一个紫外吸收剂。2⑤功能作用如防腐蚀作用，在防腐蚀颜料中有起钝化作用的颜料，如红丹（pb3o4），也有起屏蔽作用的颜料，如铝粉、云母及玻璃鳞片，还有作为类似牺牲阳极的锌粉等。⑥降低光泽在涂料中加入颜料可破坏漆膜表面的平滑性，因而可降低光泽，在清漆中常用极细的二氧化硅或蜡来消光。⑦降低成本许多不起遮盖和色彩作用的颜料（如caco3sio2，滑石粉等）价钱便宜，加入涂料中不影响涂层性质，但可增加体积，大大降低成本。它们称为体积颜料。为了选择颜料以起到上述作用，必须了解颜料的下列性质：⑴颜料的遮盖力与着色力颜料的遮盖力指颜料遮盖住被涂物的表面，使它不能透过漆膜而显露的能力。颜料的遮盖力和折射率、结晶类型、粒径大小等有关，在已知的颜料中金红石tio2的折光指数最大，它和聚合物间有最大的折光率差，因此是最好的白色颜料。有些颜料如二氧化硅、大白粉等，折光率和聚合物相近，对遮盖没有贡献，称为体积颜料。若涂料中含有空气，因为空气的折光率最小，它和聚合物与颜料都产生折光率差，因此有很好的遮盖效果。在黑板上用粉笔写字，碳酸钙（粉笔）对黑板有很好的遮盖力，就是因为其中含有空气，但如果将粉笔字弄湿了，就看不出白色了，因为此时水取代了空气，水的折光充率和碳酸钙的相近。现在有一种胶囊形颜料，即聚合物的小空心球，便是利用了最便宜的空气做颜料，若再进一步，在空心球中放入钛白粒子，遮盖效率便更高了。因为光线通过聚合物膜进入空气时有散射，由空气射到钛白粒子时又有散射。炭黑有很好的吸光能力，故也能很好地进行遮盖。利用人眼的弱点，在白色颜料中加少量炭黑能减少钛白的用量。3彩色颜料的着色力是以其本身的色彩来响整个混合物颜色的能力，着色力愈大，颜料用量可愈少，成本可降低。着色力与颜料本身特性相关，与其粒径大小也有关系，一般说来，粒径愈小，着色力也愈大。一般有机颜料比无机颜料着色力高。颜料的分散情况对着色影响甚大，分散不良可引起色调异常。颜料的着色力与遮盖力无关，较为透明的（遮盖力低的）颜料也能有很高的着色力。⑵耐光牢度颜料仅仅能给涂料以良好的原始色泽是不够的，涂膜的色泽必须耐久，最好能保持到涂膜本身破坏为止。许多颜料在光的作用下会褪色，发暗或色相变坏。⑶渗色性并不是所有颜料在各种溶剂中都是完全不溶解的。有时在红漆底层上涂白漆，白漆成了粉红色，这说明白漆中的溶剂溶解了一部分红底漆中的颜料，这种现象称为“渗色”。红色有机颜料特别容易渗色。⑷颗粒大小与形状颜料的最佳粒径一般应为光线在空气中波长的一半，即0.2—0.4μm，如果小于此值，则颜料失去散射光的能力，而大于此值则总面积减少，使颜料对光线的总散射能力减少。实际上，颜料的直径大致在0.01μm（如炭黑）到50μm左右（如某些体积颜料），颜料通常是不同粒径的混合物。颗粒大小还直接和吸油量有关，因为颗粒愈小，表面积愈大。关于吸油量将在以后再讨论。颗粒的形状不同，其堆积与排列也不同，因此会影响颜料的遮盖力，涂料的流变性质等等。例如杆状的颜料具有较好的增强作用，但也往往会戳出表面，降低表面光滑度，因而会降低光泽度，但有助于下道涂料的粘附。片状颜料有栅栏作用，可减慢水分的透过。⑸比重4一般涂料厂购入颜料是按重量计算的。而颜料的作用则是以体积为基础的。因此比重小的颜料是合算的。金红石二氧化钛的比重为4.1，铅白的比重是6.6。体积颜料一般比重都比较小。⑹化学稳定性与热稳定性颜料的化学反应性会限制某些颜料的使用，例如氧化锌用于高酸值的树脂中，会与树脂反应生成皂，并使树脂间交联（通过二价金属锌），因而使树脂在贮存过程中粘度大增，这称为漆的“肝化”。含铅的颜料能与大气中的h2s反应生成黑色的硫化铅，从而使漆膜发暗。⑺颜料的润湿性、分散性与表面处理为了改进颜料的分散性与润湿性，往往要对颜料表面进行处理。颜料的润湿性和分散性是一个重要的指标。例如，为了使颜料易于分散，可用树脂处理，因为聚合物可聚集的粒子间形成空隙，这样溶剂容易渗入粒子中并将树脂溶解，留下粒子能较好地分散于介质中。有的颜料（caco3）用硬脂酸处理后，可降低颜料的比重，增加体积，这样可控制沉降速度，即使沉降也不致形成硬块，但用量不能超过10%，tio2表面则常用al2o3，so2等处理以改善其耐候性和分散性。⑻颜料的毒性铅颜料由于其毒性，其使用已受到严格限制。选择颜料时，必须注意其毒性。【颜料的主要品种】着色颜料包括白色颜料、黑色颜料和彩色颜料①白色颜料5白色颜料有二氧化钛、铅白、氧化锌（锌白）、锌钡白（立德粉，zns·baso4）等，当然空气也是一种很好的“白色颜料”。二氧化钛是最重要的颜料品种，分为锐钛型和金红石型两种。它们的品质和制备方法有关。二氧化钛都是由钛矿制备的，主要有硫酸法和氯化物法两种，前一种方法是用硫酸处理钛矿，分离出硫酸亚铁，将硫酸钛水解沉淀出氢氧化钛，经锻烧后得tio2。氯化物法是首先将钛矿中的钛转化为四氯化钛并进行蒸馏提纯，最后将ticl4在1000℃用氧气转化为tio2。以氯化物法生产的二氧化钛质量较高。按一般程序得到的是锐钛型的，为了得到金红石型的要作特殊处理。金红石型和锐钛型的二氧化钛，因晶型不同，其折光率也不同，分别为2.76和2.55，因此遮盖力相差很大。金红石型在接近紫外光的地方，有一定的吸收，所以金红石型本身白度不及锐钛型。金红石虽然价钱贵，但因用量少，更合算，一般都用金红石型二氧化钛，除非要“更白”的白色。用二氧化钛颜料有一个粉化的问题，其中锐钛型的更为严重，因为在紫外区有较强吸收，可催化聚合物老化，其原因是在紫外光作用下，它可和o2形成电荷转移给络合物（ctc），ctc可分解生成单线态氧或和h2o反应生成游离基，它们都可引起聚合物老化为了降低二氧化钛的光活性，常用二氧化硅（或）氧化铝处理表面，也可用氧化锌或氧化锑等进行处理。用氧化铝等碱性物质处理过的二氧化钛，可和酸反应，所以对用酸作催化剂的热固性涂料（如氨基漆等）的固化会有影响。二氧化钛引起的粉化现象也可用来制备自清洗涂料。为了降低成本，乳胶漆可以直接使用浆状二氧化钛。铅白2pbco3·pb(oh)2是最早使用的颜料，它有较好的耐候性、附着力，并可杀菌，但因有毒，国处已禁止使用。立德粉，其遮盖力较高(n＝1.9－2.3)，其中zns含量增加时，遮盖力可更高，但耐酸性下降，立德粉耐候性差，易泛黄。氧化锌的n＝2.0，它有较好的耐候性，可杀菌，但耐酸碱性很差。锑白sb2o3，遮盖力与立德粉接近，耐光和耐热性良好，但易溶于酸碱，它是一种重要的阻燃剂，可与含卤素的有机阻燃剂协同使用。②黑色颜料6黑色颜料主要是炭黑，其它还有石墨、铁黑、苯胺黑等。但最乌黑的黑色颜料是炭黑。不同牌号的炭黑“乌黑”的程度很不同。炭黑中以槽法炭黑最黑，粒子最细（5—15nm），由于它表面积大，吸收量大于一般颜料的很多倍，因此加少量便可大大增加体系粘度。由于炭黑表面的极性很大，而槽法炭黑的表面积又大，因此很容易吸收体系中的极性添加剂，如醇酸树脂中的催化剂，从而影响固化速度。灯黑的粒子粗至0.5μm左右，它的乌黑程度也低，一般用于灰色涂料③彩色颜料彩色颜料中的无机颜料具有较好的耐候性、耐光性、耐热性和着色性，是用量最大的彩色颜料，它的缺点是色谱不全，并且有些有毒性（如含铅颜料）。无机彩色颜料中用得最多的是氧化铁颜料，主要品种有铁黄〔feo(oh)〕和铁红fe2o3。铁黄在150℃脱水转变成铁红。铁黑fe3o4和铁红混合可得氧化铁棕。透明氧化铁是一种颜料的新品种，它除具有氧化铁颜料的优良化学稳定性外，还具有透明性，在涂膜中不会引起散射，从而使漆膜呈透明状态，可用于金属闪光漆中，其它无机彩色颜料主要的有铬黄（pbcro4）、铬绿、镉黄（cds）、镉红以及群青（含多硫化钠的铝硅酸盐）和铁蓝（铁氰化钾、亚铁氰化钾）等。现在有机颜料的品种已比无机颜料多得多，有机颜料的突出特点是颜色鲜艳，色谱齐全。尽管有机颜料有对热、对光不稳定，易渗色等缺点，但仍是无机颜料不能替代的品种，一些性能优良的颜料已不断被应用。现在常用的有机颜料是酞菁系颜料和偶氮颜料。一些新型颜料的结构中常含有无机金属离子，如镍偶氮黄（ⅲ）和酞菁蓝（ⅴ）。也有许多有机颜料是淀积在无机物（如氢氧化铝）上的，称为色淀。