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技術(shù)分享 | 關(guān)于涂料用顏料的15個(gè)技術(shù)問(wèn)題

發(fā)表時(shí)間:2020-05-11

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1、怎樣在不影響涂料顏色的前提下,避免使用有毒的鉻酸鉛,鉬酸鉛料? 

由于含鉛顏料的毒性,各國正越來(lái)越限制含鉛顏料在涂料中的使用,配方師通常用有機顏料配合鈦白粉來(lái)取代含鉛顏料。但在某些運用場(chǎng)合,有機顏料配合金屬氧化物混合顏料(無(wú)機復合著(zhù)色顏料)表現出比鈦白粉更好的性能。金屬氧化物混合顏料所固有的鮮明的色調,飽和度和很高的遮蓋力給了配方師更多的可能性在配方中減少昂貴的有機顏料,減少甚至不用鈦白粉。

對有機顏料而言,同樣有許多顏料顯示出非常好的遮蓋力和耐候性,可以用來(lái)替代含鉛顏料。紅色顏料包括顏料紅48:4,紅112, 紅170, 紅254,紅255, 紫 19等。橙色顏料包括顏料橙36和橙73等。黃色顏料包括顏料黃74, 黃 109, 黃 110, 黃139, 黃151, 黃 154等。特別在黃色顏料中,我們推薦使用鉍釩鉬黃(顏料黃184),鉍釩鉬黃比金屬氧化物混合顏料鈦鎳(顏料黃53)要鮮亮的多,并且有更強的著(zhù)色力,更好的遮蓋力(甚至可以不需要添加鈦白粉),杰出的耐熱耐候性能。最后,值得說(shuō)明的是和含鉛顏料相比,只要在生產(chǎn)中有良好的除塵設備(吸入顏料粉塵對人體肺部是有害的),上述這些顏料都被認為是安全無(wú)毒的。

2、有哪些因素影響涂料體系中顏料的絮凝?

以下參數對絮凝會(huì )造成影響:

黏度:在低黏度條件下,顏料粒子較易移動(dòng)。所以降低涂料體系的黏度將使絮凝團變小,絮凝速度下降。溫度:溫度對黏度的影響是顯而易見(jiàn)的。溫度的升高會(huì )引起黏度的下降。從而間接地減少了絮凝。

閃蒸時(shí)間(晾干時(shí)間,濕碰濕二道涂層噴涂施工間隔時(shí)間,或在進(jìn)入烘爐之前讓大量溶劑蒸發(fā)所需時(shí)間):閃蒸時(shí)間過(guò)長(cháng)也會(huì )引起顏料的大量絮凝。

二氧化鈦: 表面沒(méi)有經(jīng)過(guò)包覆的二氧化鈦表現出極大的絮凝傾向。顏料粒子的大小和顏料粒子的粒徑分布:顏料小顆粒在涂料體系中活動(dòng)較為活躍,相互碰撞的可能性就大,引起絮凝的可能性也隨之加大。但這也不是絕對的。如果顏料粒徑非常的小,就會(huì )導致整個(gè)體系的黏度上升。降低顏料粒子的移動(dòng),不易引起絮凝。

顏料濃度(鈦白粉和著(zhù)色顏料):增加顏料濃度將引起體系的黏度上升,減少了絮凝的傾向。

黏結料:小的黏結料分子較易被顏料表面所吸附,但由于它的體積小,所產(chǎn)生的顏料粒子間的空間位阻也小,較易引起顏料絮凝。同時(shí),黏結料的化學(xué)結構也與顏料絮凝有關(guān)。

溶劑:選擇合適的良溶劑會(huì )使黏結料聚合物分子充分伸展,增加了顏料粒子間的相互排斥作用。防止顏料絮凝。不良溶劑收縮黏結料聚合物分子呈團狀,降低了顏料粒子間的空間位阻,對顏料絮凝的發(fā)生起促進(jìn)作用。

3、有哪些類(lèi)型的酞菁藍可運用于涂料工業(yè)? 

酞菁藍主要由銅酞菁組成,化學(xué)結構復雜,外觀(guān)為深藍色粉末,酞菁藍有很多晶態(tài),形成商品的有3種,分別是帶紅光,相對具有最高著(zhù)色力的α型酞菁藍(顏料藍15);帶綠光,相對具有最佳熱力學(xué)穩定性的β型酞菁藍(顏料藍15:3);相對具有最鮮艷紅光的ε型酞菁藍(顏料藍15:6)。在芳香族溶劑中(例如二甲苯),α型酞菁藍會(huì )轉化為更穩定的β型酞菁藍。為了防止這種轉變,通常在粗酞菁藍顏料化加工過(guò)程中,拼入一部分一氯代銅酞菁形成溶劑穩定型α型酞菁藍或顏料藍15:1。

由于酞菁藍顏料的表面是非極性的,所以在許多的涂料體系中和粘結料的相互作用較弱,導致顏料分散體系的穩定性較差。含有酞菁藍顏料的涂料體系較易絮凝或在儲藏中發(fā)生分層。這一缺點(diǎn)在對溶劑穩定型顏料藍15:1分子進(jìn)行表面處理和化學(xué)改性后得到極大得改善。改進(jìn)后的酞菁藍顏料在染料索引中被定為顏料藍15:2。

在涂料工業(yè)領(lǐng)域,帶紅相的α型酞菁藍由于色澤鮮艷,著(zhù)色力強,易分散和流動(dòng)性好等特點(diǎn)較帶綠相的β型酞菁藍受歡迎。因為絮凝的發(fā)生并不僅僅和顏料有關(guān),和涂料體系的粘結料和溶劑都有很大的關(guān)系,我們不可能找到一種在任何涂料體系中都能表現出最佳抗絮凝性能的酞菁藍品種,這還需要涂料工作者針對不同的涂料系統,通過(guò)大量的實(shí)驗,得出最佳的配方組合。 

4、用什么方法能迅速判斷一種顏料的分散性能? 

我們有許多直接或間接的方法來(lái)評估顏料的分散效果。例如直接的方法有細度板法,光學(xué)和電子顯微鏡法。

細度板法:

海氏研磨細度測試方法(Hegman)是針對液體體系的簡(jiǎn)單快捷的研磨細度檢測方法。海氏細度板是一塊表面加工有二道淺槽的長(cháng)方形不銹鋼材料,淺槽經(jīng)精密加工由100微米深度到0微米慢慢變淺,滴加少量研磨物料于凹槽最深處,用不銹鋼雙刃刮刀以均勻的速度刮過(guò)整個(gè)表面到溝槽深度為零的一端??潭鹊染嚯x標注于凹槽旁,從凹槽最深處的刻度零均勻遞減至細度板水平表面的刻度8或10。觀(guān)察試樣首先出現密集顆粒點(diǎn)之處,即能清楚觀(guān)察到明顯突出于研磨物料表面的顏料顆粒的刻度被認為是判斷分散程度的指標。通常至少刻度要達到7才被認為已經(jīng)有效分散。

細度測試法:

光學(xué)顯微鏡的使用提供了一種快速的,顏料大小可直觀(guān)的細度檢測方法。并且也能觀(guān)察到顏料的著(zhù)色力情況。

除此之外,還可觀(guān)察到顏料粒子形態(tài),大小和分布,以及顏料的絮凝情況。具體實(shí)驗方法是滴一小滴研磨物料在載玻片上,然后用蓋玻片覆蓋。注意在覆蓋蓋玻片的時(shí)候不能過(guò)分用力,防止待觀(guān)察物料過(guò)度分開(kāi)影響檢驗。光學(xué)顯微鏡的主要缺點(diǎn)是辨析率太低,最小辨析率大約只有2微米。

電子顯微鏡細度測試法:

電子顯微鏡的高解析度是一大亮點(diǎn),它能直觀(guān)的觀(guān)察到顏料粒徑大小,而正是顏料粒徑大小對涂層的透明性,流動(dòng)性和色相等重要性能有決定性影響。

電子顯微鏡細度測試法的缺點(diǎn)主要是設備價(jià)格昂貴,測試時(shí)間長(cháng),需要有經(jīng)驗技師對測試數據進(jìn)行分析和解讀,另外也一定要待樣品干燥后才能進(jìn)行測量。

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5、顏料耐溶劑性是什么含義?

在涂料生產(chǎn)中,我們必須將顏料均勻而穩定地分散在大多數的有機基料(由樹(shù)脂和溶劑組成)中,這就意謂顏料必須處于有機溶劑的包圍中。除此之外,大多數涂料經(jīng)顏料著(zhù)色后,在有效使用期內不可避免地經(jīng)常于有機溶劑接觸(清潔劑,汽油和潤滑油等)。因此這就要求顏料要盡可能不溶于有機溶劑。如果不能做到不溶,我們就應該意識到在各類(lèi)有機溶劑中,顏料的添加是有限度的,超過(guò)這一容忍度,就會(huì )產(chǎn)生顏料溶于溶劑所造成的沾色現象。顏料的耐溶劑性能本質(zhì)上就是顏料抵抗溶劑的溶解而造成沾色的性能。無(wú)機顏料(由自身的化學(xué)結構特性所決定)和一些結構復雜的有機合成顏料一般都具有良好的耐溶劑性能。但一些較低級別的有機顏料和經(jīng)過(guò)表面處理的顏料則耐溶劑性能較差。用來(lái)測定顏料耐溶劑性的溶劑包括水,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。

6、顏料的耐光性和耐候有什么不同?

許多以顏料(或染料)作為著(zhù)色劑的涂料在應用上都需要保持固有顏色的穩定不變。我們把顏料的耐光性定義為顏料耐受日光的照射的質(zhì)量技術(shù)指標。在日光的組成中,對顏料的耐光性最具有破壞性的部分是紫外線(xiàn)(UV)。在我們討論的顏料的耐光性時(shí)候,我們只是評估了顏料對外部環(huán)境中的光環(huán)境的耐受能力質(zhì)量技術(shù)指標。事實(shí)上,我們很難對天氣狀態(tài)作出準確的定義。從某種角度考慮,排除了其他外部環(huán)境因素的顏料耐光性指標可能幫助我們對涂層的野外穩定性給出有實(shí)際意義的和有重現性的客觀(guān)評價(jià)。顏料耐候性指標受到多種外部環(huán)境因素影響,包括日光的照射,高能量紫外線(xiàn)的輻射,溫度,濕度和大氣中的各種雜質(zhì)的侵蝕。顏料耐候性指標可以通過(guò)室外曝曬實(shí)驗或者在室內通過(guò)人工大氣老化設備模擬野外環(huán)境進(jìn)行測量。室外曝曬實(shí)驗通常會(huì )選擇特定的地點(diǎn)作為實(shí)驗地點(diǎn),而這些實(shí)驗地點(diǎn)往往是氣候條件非常嚴酷(強烈的日曬,被嚴重污染的工業(yè)大氣等)的地區,最著(zhù)名的室外曝曬實(shí)驗地點(diǎn)是美國佛羅里達。測試樣板一般會(huì )放置在正南偏5度的方向經(jīng)過(guò)12個(gè)月或更長(cháng)時(shí)間的曝曬進(jìn)行室外曝曬實(shí)驗。 

7、吸油量能告訴我們什么?

濕潤是整個(gè)分散過(guò)程中非常重要的環(huán)節。濕潤效果的好壞很大程度上取決于分散介質(zhì)和顏料表面形態(tài)的親合程度和分散介質(zhì)分子形態(tài)和顏料凝聚團結構的空間相互作用。簡(jiǎn)單的說(shuō),吸油量實(shí)際上是油料浸潤顏料顆粒的表面及添滿(mǎn)顆粒之間空隙所需的最低油量。具體量化的方法是指每100克顏料所能吸收的純亞麻仁油的最低量即為該顏料的吸油量。大家注意這里所指的吸收是指邊用滴定管滴加精制亞麻仁油邊用調刀人工調和,最終顏料和亞麻仁油混合體達到厚漿形狀態(tài)。

舉例說(shuō)明,吸油量30克/100克是指30份油以上述方法調和入100份待測顏料將達到實(shí)驗要求的厚漿形狀態(tài)。吸油量在某種程度上反映了特定顏料的比表面積,比表面積越低,吸油量就越低,顏料濕潤性就越好,反之亦然。

8、我可以運用什么措施提高涂料體系的遮蓋力?

對于絕大多數的涂料運用領(lǐng)域,遮蓋力都是基本和主要的性能要求。這一點(diǎn)在黃色涂料上得到了充分的體現,因為黃色顏料對光的吸收能力較差,遮蓋力只能依靠對光的散射達到,這也是業(yè)內一直認為鮮艷的有機黃色顏料遮蓋力差的原因。所以,配方師在只能選擇單一顏料的情況下,往往選擇有更強散射效果,具有更高遮蓋力的鉻黃(無(wú)機顏料的折射率大約在2.5)而放棄有機黃顏料(有機顏料的折射率大約在1.6)的原因。當然,在顏料可以復配的場(chǎng)合,配方師可以通過(guò)增加高遮蓋力無(wú)機顏料(鈦白,氧化鐵類(lèi)顏料)的方法來(lái)付于有機顏料更強的遮蓋力,著(zhù)色力。添加鈦白以提高體系遮蓋力可能是目前最廣泛被運用的方法,然而,我們也不要忘記同樣有通過(guò)提高對光線(xiàn)的吸收來(lái)提高遮蓋力的方法,例如,系統所能容忍的一點(diǎn)點(diǎn)的碳黑將極大的提高有機紅的遮蓋力。碳黑對光線(xiàn)幾乎全部的吸收彌補了相對吸收,散射能力較差的有機顏料遮蓋力方面的不足。但必須強調的是配方中顏料越少,色彩飽和度越好,添加對日光高吸收的無(wú)機顏料必須在配方允許范圍內。

9、涂料中不同顏料發(fā)生分離將對整個(gè)系統帶來(lái)那些不良影響? 

在涂料工業(yè)中,涂料中顏料互相分離是非常常見(jiàn)的,特別是配方中有二種或二種以上的顏料。顏料分離會(huì )導致涂層干燥后表面顏料分布不均。如果是由于顏料在涂膜表面濃度的不同而造成顏料在局部過(guò)多的現象,我們稱(chēng)之為發(fā)花。發(fā)花實(shí)際是顏料混合物發(fā)生垂直分散,而使顏料混合物的各組分彼此分離。在和漆膜呈垂直方向的顏料濃度相同,顏色一致,水平方向濃度不同,顏色不同,漆膜外觀(guān)呈網(wǎng)狀和條紋的顏色不均現象。

如果顏料在涂膜表面濃度相同,在涂膜內部濃度不同,我們稱(chēng)之為浮色。浮色是一種顏料混合物的水平分散。在水平方向顏料濃度相同,顏色一致,只是和低層顏色不一致,顏料濃度不同。當涂料被涂布在玻璃板上的時(shí)候,我們可以觀(guān)察到浮色現象。顏料分離在很大程度上和配方中不同顏料的不同遷移率有關(guān)系。分散劑能改善此類(lèi)漆病。

10、涂料遮蓋力指標說(shuō)明什么?

光線(xiàn)在通過(guò)透明介質(zhì)的時(shí)候可以沒(méi)有任何變化的直接通過(guò),然后在底材表面得以反射。光線(xiàn)在遭遇不透明介質(zhì)的時(shí)候則不能發(fā)生穿透,只能被吸收或反射。在討論顏料的光學(xué)特性的時(shí)候,我們就不能用透明或不透明來(lái)簡(jiǎn)單描述。

遮蓋力(hiding power)是指當顏料在特定的涂料體系中被均勻地涂覆于物體表面時(shí),遮蓋住該物體表面底色的能力。色漆通過(guò)二種途徑達到遮蓋力指標,這二種途徑是指對光的吸收和散射,舉例來(lái)說(shuō),黑色顏料吸收任何波長(cháng)的光線(xiàn),具有很強的遮蓋能力;各種顯色顏料通過(guò)對不同波長(cháng)的光線(xiàn)進(jìn)行選擇性吸收達到遮蓋力;白色顏料不吸收任何光線(xiàn),主要靠極強的散射作用體現遮蓋力。

11、什么是顏料分散工藝中的技術(shù)要素?

涂料生產(chǎn)中所指的顏料分散泛指顏料以固體狀態(tài)穩定地,均勻地分散于特定介質(zhì)中。主要分為四個(gè)步驟: a.顏料表面的潤濕。 b.打開(kāi)顏料的聚集體。c. 顏料粒子在涂料中的均勻分布。 d.整個(gè)分散體系的長(cháng)期穩定。

潤濕:事實(shí)上,潤濕分為二個(gè)獨立的過(guò)程。開(kāi)始由分散介質(zhì)(溶劑或水)取代空氣分布于顏料粉體表面,然后在潤濕劑的幫助下軟化顏料的聚集體。

打開(kāi)顏料的聚集體并均勻分散:

在分散設備的幫助下打開(kāi)顏料的聚集體。這一階段完成后,顏料以原級離子的狀態(tài)得以均勻分散在分散介質(zhì)中。

顏料解聚過(guò)程的成功與否主要取決于分散設備對顏料的高速剪切,碰撞和磨擦能否達到最佳的分散狀態(tài)和效能。剪切力或磨擦力必須達到最大值。而選擇正確的分散設備(由分散介質(zhì)的化學(xué)屬性和粘度決定)對這種理想狀態(tài)的達到至關(guān)緊要。

分散體系的穩定性

一旦顏料分散在介質(zhì)中,我們希望其一直處于原級粒子離子的狀態(tài)。然而在相對較低黏度的環(huán)境中,已分散的顏料由于彼此的吸引力(主要由于顏料微粒子比表面積大,表面能高等因素造成)有一種重新聚集和再凝聚的傾向,稱(chēng)之為絮凝。為了消除或減少這種傾向,保持顏料原級粒子的穩定狀態(tài),我們通過(guò)分散劑的作用形成雙電層和空間位阻等作用使顏料表面帶有同種電荷相互排斥而達到穩定體系的目的。

12、什么是涂料體系中顏料的凝聚?

分散的目的是在顏料的表面包裹上充分的展色劑或樹(shù)脂,從而避免顏料粒子之間的相互接觸。但有些時(shí)候,分散后的物料會(huì )重新再聚積成團,或者形成絮凝。

再聚積和絮凝有不同的含義。再聚積表示顏料又重新粘在一起,形成新的聚積。顏料粒子間相接觸的地方已經(jīng)沒(méi)有黏結料阻隔。而絮凝是指單個(gè)顏料粒子并未喪失表面黏結料,顏料粒子只是松散聚集在一起,只要施加很低的剪切力即可被打開(kāi)。顏料的絮凝在實(shí)際運用中會(huì )導致顏料的色彩特性發(fā)生改變,諸如著(zhù)色力,光澤度,透明度下降,在整個(gè)色漆體系中,防止顏料的絮凝被作為重要的涂料性能指標,配方師通過(guò)改變顏料表面特性和選擇正確的涂料黏結料來(lái)防止顏料的絮凝。 

13、如何對顏料的浮色發(fā)花現象進(jìn)行測試? 

我們可以用很多方法來(lái)測試顏料的浮色發(fā)花情況。a. 對噴涂漆膜和刮涂漆膜進(jìn)行著(zhù)色力比較,來(lái)判斷浮色發(fā)花情況。 b.通過(guò)在玻璃板上涂布實(shí)驗漆膜來(lái)觀(guān)察浮色發(fā)花情況。 c.指擦實(shí)驗也就是用手指擦拭半干狀態(tài)(經(jīng)過(guò)閃蒸)下的涂膜(涂膜可以是噴涂也可以是刮涂),通過(guò)磨擦區域的漆膜和原漆膜的顏色差異來(lái)確定浮色發(fā)花的程度。同時(shí)這也是反映絮凝的一個(gè)指標。

14、哪些顏料可被用來(lái)制造偽裝涂層? 

偽裝涂層需要顏色最大可能地融入所處的環(huán)境背景(植被,土壤,沙漠或者海洋等)中,例如艦船的暗灰色使其在大洋中隱于無(wú)形。隨著(zhù)現代軍事技術(shù)的發(fā)展,人類(lèi)又對偽裝涂料提出了更高的要求,偽裝涂料必須能使被涂裝的物體在紅外線(xiàn)的照射下得以隱形。

換句話(huà)說(shuō),在波長(cháng)從400到1200納米的近紅外光譜內,偽裝涂料的顏色要求要與優(yōu)勢背景相對應的顏色達到同譜同色,特別是偽裝涂料能有效的模擬自然背景中物體的光譜反射曲線(xiàn),使目標能有效的融入背景中。許多在可見(jiàn)光范圍內用于配色的傳統顏料不能用于紅外偽裝涂料。適用于這一領(lǐng)域的顏料有顏料黃119, 綠 17, 綠 26,黑 30, 氧化鉻綠,咔唑紫, 氧化鐵系顏料。綠 17, 綠 26, 黑 30,氧化鉻綠,咔唑紫, 氧化鐵系顏料。 

15、如何測量遮蓋力? 

顏料遮蓋力的測量和顏料所加入的涂料基料和涂料所涂布的厚度有關(guān)。在給定的顏料濃度和膜厚參數條件下,在遮蓋力專(zhuān)用黑白對照測試卡紙上制備涂層,通過(guò)黑/白表面顏色的差異來(lái)計算遮蓋力。簡(jiǎn)單的說(shuō),遮蓋力是指色漆遮蓋底材顏色或色差的能力。一般用遮蓋力值表示遮蓋力。它是以在給定的顏料濃度下,涂料剛能遮蓋卡紙黑色背景所需的涂料用量來(lái)表示,以g/m2為單位。在遮蓋力測試過(guò)程中,光線(xiàn)是很重要的因素,只有在自然光源環(huán)境條件下進(jìn)行測試和比較才能得到客觀(guān)正確的結果。

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