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顏料是涂料中一個重要的組成部分,它通常是極小的結(jié)晶,分散于成膜介質(zhì)中。顏料和染料不同,染料是可溶的,以分子形式存在于溶液之中,而顏料是不溶的。涂料的質(zhì)量在很大程度上依靠所加的顏料的質(zhì)量和數(shù)量。
一、 顏料在涂料中的主要作用
顏料最重要的是起遮蓋和賦于涂層以色彩的作用,但它的作用不只于此,還有:
①增加強度
有如炭黑在橡膠中的作用。顏料的活性表面可以和大分子鏈相結(jié)合,形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。當其中一條鏈受到應(yīng)力時,可通過交聯(lián)點將應(yīng)力分散。
顏料與大分子間的作用力一般是次價力,經(jīng)過化學(xué)處理,可以得到加強。顏料粒子的大小和形狀對強度很有影響,粒子愈細,增強效果愈好。
②增加附著力
涂料在固化時常伴隨有體積的收縮,產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,影響涂料的附著,加入顏料可以減少收縮,改善附著力。
③改善流變性能
顏料可以提高涂料粘度,還可賦予涂料以很好的流變性能,例如,通過添加(如氣相sio2)賦予觸變性質(zhì)。
④改善耐候性
如炭黑既是黑色顏料又是一個紫外吸收劑。
⑤功能作用
如防腐蝕作用,在防腐蝕顏料中有起鈍化作用的顏料,如紅丹(pb3o4),也有起屏蔽作用的顏料,如鋁粉、云母及玻璃鱗片,還有作為類似犧牲陽極的鋅粉等。
⑥降低光澤
在涂料中加入顏料可破壞漆膜表面的平滑性,因而可降低光澤,在清漆中常用極細的二氧化硅或蠟來消光。
⑦降低成本
許多不起遮蓋和色彩作用的顏料(如碳酸鈣、硅微粉、滑石粉等)價錢便宜,加入涂料中不影響涂層性質(zhì),但可增加體積,大大降低成本。它們稱為體積顏料。
二 顏料的性質(zhì)
⑴顏料的遮蓋力與著色力
顏料的遮蓋力指顏料遮蓋住被涂物的表面,使它不能透過漆膜而顯露的能力。顏料的遮蓋力和折射率、結(jié)晶類型、粒徑大小等有關(guān),在已知的顏料中金紅石tio2的折光指數(shù)最大,它和聚合物間有最大的折光率差,因此是最好的白色顏料。有些顏料如二氧化硅、大白粉等,折光率和聚合物相近,對遮蓋沒有貢獻,稱為體積顏料。
若涂料中含有空氣,因為空氣的折光率最小,它和聚合物與顏料都產(chǎn)生折光率差,因此有很好的遮蓋效果。在黑板上用粉筆寫字,碳酸鈣(粉筆)對黑板有很好的遮蓋力,就是因為其中含有空氣,但如果將粉筆字弄濕了,就看不出白色了,因為此時水取代了空氣,水的折光充率和碳酸鈣的相近。現(xiàn)在有一種膠囊形顏料,即聚合物的小空心球,便是利用了最便宜的空氣做顏料,若再進一步,在空心球中放入鈦白粒子,遮蓋效率便更高了。因為光線通過聚合物膜進入空氣時有散射,由空氣射到鈦白粒子時又有散射。炭黑有很好的吸光能力,故也能很好地進行遮蓋。利用人眼的弱點,在白色顏料中加少量炭黑能減少鈦白的用量。
彩色顏料的著色力是以其本身的色彩來響整個混合物顏色的能力,著色力愈大,顏料用量可愈少,成本可降低。著色力與顏料本身特性相關(guān),與其粒徑大小也有關(guān)系,一般說來,粒徑愈小,著色力也愈大。一般有機顏料比無機顏料著色力高。顏料的分散情況對著色影響甚大,分散不良可引起色調(diào)異常。
顏料的著色力與遮蓋力無關(guān),較為透明的(遮蓋力低的)顏料也能有很高的著色力。
⑵耐光牢度
顏料僅僅能給涂料以良好的原始色澤是不夠的,涂膜的色澤必須耐久,最好能保持到涂膜本身破壞為止。許多顏料在光的作用下會褪色,發(fā)暗或色相變壞。
⑶滲色性
并不是所有顏料在各種溶劑中都是完全不溶解的。有時在紅漆底層上涂白漆,白漆成了粉紅色,這說明白漆中的溶劑溶解了一部分紅底漆中的顏料,這種現(xiàn)象稱為“滲色”。紅色有機顏料特別容易滲色。
⑷顆粒大小與形狀
顏料的最佳粒徑一般應(yīng)為光線在空氣中波長的一半,即0.2—0.4μm,如果小于此值,則顏料失去散射光的能力,而大于此值則總面積減少,使顏料對光線的總散射能力減少。實際上,顏料的直徑大致在0.01μm(如炭黑)到50μm左右(如某些體積顏料),顏料通常是不同粒徑的混合物。顆粒大小還直接和吸油量有關(guān),因為顆粒愈小,表面積愈大。關(guān)于吸油量將在以后再討論。
顆粒的形狀不同,其堆積與排列也不同,因此會影響顏料的遮蓋力,涂料的流變性質(zhì)等等。例如桿狀的顏料具有較好的增強作用,但也往往會戳出表面,降低表面光滑度,因而會降低光澤度,但有助于下道涂料的粘附。片狀顏料有柵欄作用,可減慢水分的透過。
⑸比重
一般涂料廠購入顏料是按重量計算的。而顏料的作用則是以體積為基礎(chǔ)的。因此比重小的顏料是合算的。金紅石二氧化鈦的比重為4.1,鉛白的比重是6.6。體積顏料一般比重都比較小。
⑹化學(xué)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性
顏料的化學(xué)反應(yīng)性會限制某些顏料的使用,例如氧化鋅用于高酸值的樹脂中,會與樹脂反應(yīng)生成皂,并使樹脂間交聯(lián)(通過二價金屬鋅),因而使樹脂在貯存過程中粘度大增,這稱為漆的“肝化”。含鉛的顏料能與大氣中的h2s反應(yīng)生成黑色的硫化鉛,從而使漆膜發(fā)暗。
⑺顏料的潤濕性、分散性與表面處理
為了改進顏料的分散性與潤濕性,往往要對顏料表面進行處理。顏料的潤濕性和分散性是一個重要的指標。例如,為了使顏料易于分散,可用樹脂處理,因為聚合物可聚集的粒子間形成空隙,這樣溶劑容易滲入粒子中并將樹脂溶解,留下粒子能較好地分散于介質(zhì)中。有的顏料(caco3)用硬脂酸處理后,可降低顏料的比重,增加體積,這樣可控制沉降速度,即使沉降也不致形成硬塊,但用量不能超過10%,TiO2表面則常用Al2O3,SiO2等處理以改善其耐候性和分散性。
⑻顏料的毒性
鉛顏料由于其毒性,其使用已受到嚴格限制。選擇顏料時,必須注意其毒性。
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