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涂料用颜料的12个技术问题
2019年07月09日    阅读量:3585    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿

此榜单所选用的三棵树的营收数据明显滞后。由于含铅颜料的毒性,各国正越来越限制含铅颜料在涂料中的使用,配方师通常用有机颜料配合钛白粉来取代含铅颜料。但在某些运用场合,有机颜料配合金属氧化物混合颜料(无机复合着色颜料)表现出比钛白粉更好的性能涂料在线coatingol.com。金属氧化物混合颜料所固有的鲜明的色调,饱和度和很高的遮盖力给了配方师更多的可能性在配方中减少昂贵的有机颜料,减少甚至不用钛白粉。


对有机颜料而言,同样有许多颜料显示出非常好的遮盖力和耐候性,可以用来替代含铅颜料。红色颜料包括颜料红48:4,红112, 红170, 红254,红255, 紫 19等。橙色颜料包括颜料橙36和橙73等。黄色颜料包括颜料黄74, 黄 109, 黄 110, 黄139, 黄151, 黄 154等。特别在黄色颜料中,我们推荐使用铋钒钼黄(颜料黄184),铋钒钼黄比金属氧化物混合颜料钛镍黄(颜料黄53)要鲜亮的多,并且有更强的着色力,更好的遮盖力(甚至可以不需要添加钛白粉),杰出的耐热耐候性能。最后,值得说明的是和含铅颜料相比,只要在生产中有良好的除尘设备(吸入颜料粉尘对人体肺部是有害的),上述这些颜料都被认为是安全无毒的。 


有哪些类型的酞菁蓝可运用于涂料工业?

酞菁蓝主要由铜酞菁组成,化学结构复杂,外观为深蓝色粉末,酞菁蓝有很多晶态,形成商品的有3种,分别是带红光,相对具有最高着色力的α型酞菁蓝(颜料蓝15);带绿光,相对具有最佳热力学稳定性的β型酞菁蓝(颜料蓝15:3);相对具有最鲜艳红光的ε型酞菁蓝(颜料蓝15:6)。在芳香族溶剂中(例如二甲苯),α型酞菁蓝会转化为更稳定的β型酞菁蓝。为了防止这种转变,通常在粗酞菁蓝颜料化加工过程中,拼入一部分一氯代铜酞菁形成溶剂稳定型α型酞菁蓝或颜料蓝15:1。


由于酞菁蓝颜料的表面是非极性的,所以在许多的涂料体系中和粘结料的相互作用较弱,导致颜料分散体系的稳定性较差。含有酞菁蓝颜料的涂料体系较易絮凝或在储藏中发生分层。这一缺点在对溶剂稳定型颜料蓝15:1分子进行表面处理和化学改性后得到极大得改善。改进后的酞菁蓝颜料在染料索引中被定为颜料蓝15:2。


在涂料工业领域,带红相的α型酞菁蓝由于色泽鲜艳,着色力强,易分散和流动性好等特点较带绿相的β型酞菁蓝受欢迎。因为絮凝的发生并不仅仅和颜料有关,和涂料体系的粘结料和溶剂都有很大的关系,我们不可能找到一种在任何涂料体系中都能表现出最佳抗絮凝性能的酞菁蓝品种,这还需要涂料工作者针对不同的涂料系统,通过大量的实验,得出最佳的配方组合。


用什么方法能迅速判断一种颜料的分散性能? 

我们有许多直接或间接的方法来评估颜料的分散效果。例如直接的方法有细度板法,光学和电子显微镜法。


细度板法:

海氏研磨細度测试方法(Hegman)是针对液体体系的简单快捷的研磨細度检测方法。海氏細度板是一块表面加工有二道浅槽的长方形不锈钢材料,浅槽经精密加工由100微米深度到0微米慢慢变浅,滴加少量研磨物料于凹槽最深处,用不锈钢双刃刮刀以均匀的速度刮过整个表面到沟槽深度为零的一端。刻度等距离标注于凹槽旁,从凹槽最深处的刻度零均匀递减至細度板水平表面的刻度8或10。观察试样首先出现密集颗粒点之处,即能清楚观察到明显突出于研磨物料表面的颜料颗粒的刻度被认为是判断分散程度的指标。通常至少刻度要达到7才被认为已经有效分散。


光学显微镜细度测试法:


光学显微镜的使用提供了一种快速的,颜料大小可直观的细度检测方法。并且也能观察到颜料的着色力情况。


除此之外,还可观察到颜料粒子形态,大小和分布,以及颜料的絮凝情况。具体实验方法是滴一小滴研磨物料在载玻片上,然后用盖玻片覆盖。注意在覆盖盖玻片的时候不能过分用力,防止待观察物料过度分开影响检验。光学显微镜的主要缺点是辨析率太低,最小辨析率大约只有2微米。


电子显微镜细度测试法:


电子显微镜的高解析度是一大亮点,它能直观的观察到颜料粒径大小,而正是颜料粒径大小对涂层的透明性,流动性和色相等重要性能有决定性影响。


电子显微镜细度测试法的缺点主要是设备价格昂贵,测试时间长,需要有经验技师对测试数据进行分析和解读,另外也一定要待样品干燥后才能进行测量。 


颜料耐溶剂性是什么含义?

在涂料生产中,我们必须将颜料均匀而稳定地分散在大多数的有机基料(由树脂和溶剂组成)中,这就意谓颜料必须处于有机溶剂的包围中。除此之外,大多数涂料经颜料着色后,在有效使用期内不可避免地经常于有机溶剂接触(清洁剂,汽油和润滑油等)。因此这就要求颜料要尽可能不溶于有机溶剂。如果不能做到不溶,我们就应该意识到在各类有机溶剂中,颜料的添加是有限度的,超过这一容忍度,就会产生颜料溶于溶剂所造成的沾色现象。颜料的耐溶剂性能本质上就是颜料抵抗溶剂的溶解而造成沾色的性能。无机颜料(由自身的化学结构特性所决定)和一些结构复杂的有机合成颜料一般都具有良好的耐溶剂性能。但一些较低级别的有机颜料和经过表面处理的颜料则耐溶剂性能较差。用来测定颜料耐溶剂性的溶剂包括水,松香水,甲苯,二甲苯,甲乙酮,乙醇,乙酸乙脂,二甘醇和三氯乙烯。


颜料的耐光性和耐候有什么不同? 

许多以颜料(或染料)作为着色剂的涂料在应用上都需要保持固有颜色的稳定不变。我们把颜料的耐光性定义为颜料耐受日光的照射的质量技术指标。在日光的组成中,对颜料的耐光性最具有破坏性的部分是紫外线(UV)。在我们讨论的颜料的耐光性时候,我们只是评估了颜料对外部环境中的光环境的耐受能力质量技术指标。事实上,我们很难对天气状态作出准确的定义。从某种角度考虑,排除了其他外部环境因素的颜料耐光性指标可能帮助我们对涂层的野外稳定性给出有实际意义的和有重现性的客观评价。颜料耐候性指标受到多种外部环境因素影响,包括日光的照射,高能量紫外线的辐射,温度,湿度和大气中的各种杂质的侵蚀。颜料耐候性指标可以通过室外曝晒实验或者在室内通过人工大气老化设备模拟野外环境进行测量。室外曝晒实验通常会选择特定的地点作为实验地点,而这些实验地点往往是气候条件非常严酷(强烈的日晒,被严重污染的工业大气等)的地区,最著名的室外曝晒实验地点是美国佛罗里达。测试样板一般会放置在正南偏5度的方向经过12个月或更长时间的曝晒进行室外曝晒实验。


吸油量能告诉我们什么? 

湿润是整个分散过程中非常重要的环节。湿润效果的好坏很大程度上取决于分散介质和颜料表面形态的亲合程度和分散介质分子形态和颜料凝聚团结构的空间相互作用。简单的说,吸油量实际上是油料浸润颜料颗粒的表面及添满颗粒之间空隙所需的最低油量。具体量化的方法是指每100克颜料所能吸收的纯亚麻仁油的最低量即为该颜料的吸油量。大家注意这里所指的吸收是指边用滴定管滴加精制亚麻仁油边用调刀人工调和,最终颜料和亚麻仁油混合体达到厚浆形状态。


举例说明,吸油量30克/100克是指30份油以上述方法调和入100份待测颜料将达到实验要求的厚浆形状态。吸油量在某种程度上反映了特定颜料的比表面积,比表面积越低,吸油量就越低,颜料湿润性就越好,反之亦然。


运用什么措施可以提高涂料体系的遮盖力? 

对于绝大多数的涂料运用领域,遮盖力都是基本和主要的性能要求。这一点在黄色涂料上得到了充分的体现,因为黄色颜料对光的吸收能力较差,遮盖力只能依靠对光的散射达到,这也是业内一直认为鲜艳的有机黄色颜料遮盖力差的原因。所以,配方师在只能选择单一颜料的情况下,往往选择有更强散射效果,具有更高遮盖力的铬黄(无机颜料的折射率大约在2.5)而放弃有机黄颜料(有机颜料的折射率大约在1.6)的原因。当然,在颜料可以复配的场合,配方师可以通过增加高遮盖力无机颜料(钛白,氧化铁类颜料)的方法来付于有机颜料更强的遮盖力,着色力。添加钛白以提高体系遮盖力可能是目前最广泛被运用的方法,然而,我们也不要忘记同样有通过提高对光线的吸收来提高遮盖力的方法,例如,系统所能容忍的一点点的碳黑将极大的提高有机红的遮盖力。碳黑对光线几乎全部的吸收弥补了相对吸收,散射能力较差的有机颜料遮盖力方面的不足。但必须强调的是配方中颜料越少,色彩饱和度越好,添加对日光高吸收的无机颜料必须在配方允许范围内。 


涂料中不同颜料发生分离将对整个系统带来那些不良影响?

在涂料工业中,涂料中颜料互相分离是非常常见的,特别是配方中有二种或二种以上的颜料。颜料分离会导致涂层干燥后表面颜料分布不均。如果是由于颜料在涂膜表面浓度的不同而造成颜料在局部过多的现象,我们称之为发花。发花实际是颜料混合物发生垂直分散,而使颜料混合物的各组分彼此分离。在和漆膜呈垂直方向的颜料浓度相同,颜色一致,水平方向浓度不同,颜色不同,漆膜外观呈网状和条纹的颜色不均现象。


如果颜料在涂膜表面浓度相同,在涂膜内部浓度不同,我们称之为浮色。浮色是一种颜料混合物的水平分散。在水平方向颜料浓度相同,颜色一致,只是和低层颜色不一致,颜料浓度不同。当涂料被涂布在玻璃板上的时候,我们可以观察到浮色现象。颜料分离在很大程度上和配方中不同颜料的不同迁移率有关系。分散剂能改善此类漆病。 


涂料遮盖力指标说明什么?

光线在通过透明介质的时候可以没有任何变化的直接通过,然后在底材表面得以反射。光线在遭遇不透明介质的时候则不能发生穿透,只能被吸收或反射。在讨论颜料的光学特性的时候,我们就不能用透明或不透明来简单描述。


遮盖力(hiding power)是指当颜料在特定的涂料体系中被均匀地涂覆于物体表面时,遮盖住该物体表面底色的能力。色漆通过二种途径达到遮盖力指标,这二种途径是指对光的吸收和散射,举例来说,黑色颜料吸收任何波长的光线,具有很强的遮盖能力;各种显色颜料通过对不同波长的光线进行选择性吸收达到遮盖力;白色颜料不吸收任何光线,主要靠极强的散射作用体现遮盖力。


什么是颜料分散工艺中的技术要素? 

涂料生产中所指的颜料分散泛指颜料以固体状态稳定地,均匀地分散于特定介质中。主要分为四个步骤:a.颜料表面的润湿。b.打开颜料的聚集体。c. 颜料粒子在涂料中的均匀分布。d.整个分散体系的长期稳定。


润湿:事实上,润湿分为二个独立的过程。开始由分散介质(溶剂或水)取代空气分布于颜料粉体表面,然后在润湿剂的帮助下软化颜料的聚集体。


打开颜料的聚集体并均匀分散:


在分散设备的帮助下打开颜料的聚集体。这一阶段完成后,颜料以原级离子的状态得以均匀分散在分散介质中。


颜料解聚过程的成功与否主要取决于分散设备对颜料的高速剪切,碰撞和磨擦能否达到最佳的分散状态和效能。剪切力或磨擦力必须达到最大值。而选择正确的分散设备(由分散介质的化学属性和粘度决定)对这种理想状态的达到至关紧要。


分散体系的稳定性:


一旦颜料分散在介质中,我们希望其一直处于原级粒子离子的状态。然而在相对较低黏度的环境中,已分散的颜料由于彼此的吸引力(主要由于颜料微粒子比表面积大,表面能高等因素造成)有一种重新聚集和再凝聚的倾向,称之为絮凝。为了消除或减少这种倾向,保持颜料原级粒子的稳定状态,我们通过分散剂的作用形成双电层和空间位阻等作用使颜料表面带有同种电荷相互排斥而达到稳定体系的目的。 


如何对颜料的浮色发花现象进行测试? 

我们可以用很多方法来测试颜料的浮色发花情况。a. 对喷涂漆膜和刮涂漆膜进行着色力比较,来判断浮色发花情况。b.通过在玻璃板上涂布实验漆膜来观察浮色发花情况。c.指擦实验也就是用手指擦拭半干状态(经过闪蒸)下的涂膜(涂膜可以是喷涂也可以是刮涂),通过磨擦区域的漆膜和原漆膜的颜色差异来确定浮色发花的程度。同时这也是反映絮凝的一个指标。


如何测量遮盖力? 

颜料遮盖力的测量和颜料所加入的涂料基料和涂料所涂布的厚度有关。在给定的颜料浓度和膜厚参数条件下,在遮盖力专用黑白对照测试卡纸上制备涂层,通过黑/白表面颜色的差异来计算遮盖力。简单的说,遮盖力是指色漆遮盖底材颜色或色差的能力。一般用遮盖力值表示遮盖力。它是以在给定的颜料浓度下,涂料刚能遮盖卡纸黑色背景所需的涂料用量来表示,以g/m2为单位。在遮盖力测试过程中,光线是很重要的因素,只有在自然光源环境条件下进行测试和比较才能得到客观正确的结果。


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