第三章_颜料

7、降低成本
有许多体质颜料也具有一定的作用，如 CaCO3、SiO2 、 滑石粉等，这类颜料称为体积颜料或体质颜料，也称为惰性 颜料。
它们可增强涂膜的机械强度、附着力、光泽度，调节水
、气的渗透性，且价格便宜，加入涂料中不会影响涂膜的其
它性质，可增加涂膜体积、极大降低成本。
二、颜料的性质
1、颜料的遮盖力 颜料的遮盖力是指其遮盖住被涂物的表面，使之不能透过 涂膜而显露的能力。 颜料的遮盖力是其对光线的吸收和折射不同而形成的。当 光线进入涂膜后，会在众多颜料颗粒上经过多次折射，光线出 来以后就形成了高度的散射，从而赋予涂膜以遮盖力。 颜料折射率越大，则散射程度越大，遮盖力就越强；颜料 与所处介质的折射率差越大，遮盖力也越强。颜料的遮盖力可 用下面公式预计： (n 1 n 2 ) F (n 1 n 2 ) 式中：n1—颜料的折射率； n2 —颜料所处介质的折射率。
颜料是涂料中一个重要的组成部分，它通常是极小的结
晶体，分散于成膜介质中。 颜料和染料不同，染料是可溶的，是以分子形式存在于 溶液之中，而颜料是不溶的。 颜料会直接影响涂料的质量，颜料的质量和数量在很大 程度上决定了涂料的质量。
§3.1 颜料的作用与性质
一、颜料的作用
颜料最重要的作用是遮盖和赋予涂层以色彩，也会影响涂 料的流变性、抗性、耐候性、耐化学品性，同时还关系到涂膜 的机械性质。
其它
其它白颜料如铅白ZpbO3· Pb（OH）2 ，是最早使用的白 颜料，它的耐候性附着力均较好，并有杀菌作用，但有毒 ，国外已禁用。
2、黑色颜料 主要是炭黑，它是最乌黑的颜料。炭黑的主要成分是碳， 为疏松、极细的黑色粉末。但不同牌号的炭黑“乌黑”程度 不同，根据炭黑生产时的原料及生产方式不同，又将炭黑分 为炉黑、热裂黑、槽法炭黑、灯黑和乙炔黑几种。 槽法炭黑最黑，粒子最细（5-15nm），多用于涂料的黑色
氧化铁黑： Fe3O4 或 Fe2O3 • FeO ，其中 FeO 含量一般为 18-26%，有饱和的蓝黑光黑色，遮盖及着色力很高，在 光、大气、碱性中均稳定，耐热及浓酸差。它与铁红混 合可得氧化铁棕，常用于水泥、人造大理石等着色。 ③铬黄：PbCrO4 遮盖力较好，着色力及耐大气性较好，但耐光较差 。按所含铬酸铅比例的不同，可制成颜色深浅不同的铅 铬黄。 ④铬绿：Cr2O3 由重铬酸盐和硫黄制成，无毒、耐光、耐酸、耐碱性 好也耐高温，缺点是色泽不够亮，着色力遮盖力较差， 质地硬，不易分散。但由于其优点而常用于建筑处用涂 料的主要绿色颜料。
防腐性和特殊外观，作防潮涂料效果很好。
6、比重
一般生产中购买颜料是以重量计，而颜料的使用性能是以 体积计，因此选择小比重颜料比较合理，例如金红石型TiO2比 重为4.1，铅白是6.6。 7、化学稳定性与热稳定性 颜料的化学稳定性会影响某些颜料在某些场合的使用， 例如:ZnO若用于高酸值的树脂中，会与树脂反应生成皂而使 树脂间通过二价Zn2+交联，从而使树脂在贮存中粘度大大增加 ，这称为涂料的“肝化”；再如含 Pb的颜料能与大气中的 H 2 S 反应生成黑色的PbS，从而使涂膜发暗等，使用时应避免。 颜料的热稳定性关系到颜料能否用于高温烘干涂料，此时 必须要考虑其分解温度及熔点。
Hale Waihona Puke 锌白锌白ZnO ，密度为 5.6g/cm3．吸油量为 10—25g／ 100g ，平均粒径为 0.2um ，折射率小于 TiO 2 ，因此遮盖力小于 TiO2，相当于金红石型TiO2 的12％左右。ZnO具有良好的耐 热、耐光及耐候性，不粉化，适用于外用涂料。 ZnO 带有
碱性，可与树脂中的羧基基团反应生成锌皂，改善了涂膜
3、彩色颜料
（ 1 ）无机着色颜料 特点是具有较好的耐候、耐 光、耐热及着色性，是用量最大的彩色颜料，但色谱 不全。 ①氧化铁黄：Fe2O3· H2O或Fe2O3· nH2O 由亚铁盐经氧化而制得的黄色氧化物，分子式为 Fe2O3· H2O 或 Fe2O3· Nh2o,是针状的含水化合物，鲜明的 赫黄色，遮盖力强，着色力好，耐光性及耐碱性亦好 ，但不耐酸，不耐高温,150℃脱水变成铁红Fe2O3,，在 建筑涂料中使用最多。
颜料。但炭黑本身的表面极性很大，加之槽法炭黑的表面积
也很大，因此槽法炭黑极容易吸收体系中的极性添加剂而影 响固化速度，使用时应考虑。
炉黑产量最大，约占炭黑的95％，多用于橡胶的补强和塑
料的填充上。 灯黑的粒子较粗为0.5um左右，它的乌黑程度较低，一般
用于灰色涂料。
其它还有石墨、铁黑、苯胺黑等。
下表为几种主要炭黑的典型特性。
度通常较大，在涂料中易与其它组分分离而沉降。
4、改善耐候性
耐候性即是涂料本身对大气的耐久性，代表了涂料真正 的实用价值。 主要是指气候、季节、曝晒角度等对涂料的影响，具体 是指光、温度、湿度、氧气等的影响，颜料能够降低这些因 素的影响。 例如成膜聚合物在紫外线辐射下会发生降解，而许多颜 料可以吸收紫外线。
颜料的颜色、粒径等会影响其吸收紫外线的能力。黑色 颜料的耐候性最好；粒径小、表面积大的颜料耐候性也较好.
5、功能作用
不同的颜料会具有不同的功能作用，一些功能颜料具有
特殊的物理化学特性，可以制备能抑制金属腐蚀的防蚀涂料；
能防止水域污染物附着的防腐涂料等。
6、降低光泽
在制造消光涂料时，需要通过添加颜料来达到目的。原 理是:颜料可破坏涂膜表面的平滑性，使反色光产生散射，以 降低眼睛接受的光线量，从而降低光泽。 消光涂料常用极细的、粒度分布狭窄的体质颜料。例如 SiO2 就可达到很好的消光效果，
涂料的流变性是指涂料在承受应力下的不可逆形变。它 最终可影响到干膜的质量。 由于颜料可以提高涂料的粘度，赋予涂料以好的流变性 ，从而可减小其流挂性。
有的颜料还能赋予涂料以触变性。触变性是涂料受到外
力作用时暂时产生的一种粘度变化性质。施加搅拌等作用力 时涂料粘度会降低，但停止作用力并静置一段时间后粘度又 会恢复。 但颜料使用不当也会使涂料的流变性变差，因颜料的密
8、颜料的润湿性，分散性与表面处理 颜料的润湿及分散性对涂料质量是有直接影响的，因此通 常要对颜料表面进行处理。表面处理的目的有：
①表面活性剂的存在可以控制过饱和度，从面影响颜料的形
成； ②在无机颜料粒子上存在多聚磷酸盐、二氧化硅、铅或其氢
氧化物可保持粒子的形状，防止煅烧过程中出现多孔；
③无机颜料粒子表面存在有机物涂层可以提高润湿效果，增 加颜料的分散性和稳定性，从而改善涂料的流变性； ④通过表面处理还可以改善其耐光、耐候、耐酸碱和耐溶剂 性等。
4、渗色性
不同色泽的涂膜之间会互相渗透，而在交界处产生第三
色涂膜，这种现象称“渗色”。渗色的主要原因是颜料颗粒 的渗透扩散作用。 红色的有机颜料特别易于渗色。
5、颜料颗粒大小与形状 颗粒大小 颜料粒子的大小直接影响颜料的遮盖力和着色力。粒度 越小，分散度越大，反色光的面积越多，因而遮盖力越大，对 大多数颜料而言，最有效的粒子尺寸为可见光的一半。即平均 粒径为0.01～1.0um，但体质颜料和少量其他颜料的粒径较大， 单一颗粒粒径可达100um，平均粒径可达50um。下表列举了一 些无机颜料的粒径大小。粒度越小，着色力越强。
颜色的能力。着色力愈大，颜料用量可愈少，成本降低。
着色力与颜料本身特性相关，与其粒径大小也有关，颜 料的分散性也影响着色力。一般说来，粒径愈小着色力愈大
，有机颜料比无机颜料着色力高。
着色力与遮盖力无关，较为透明的颜料遮盖力低，但它 也可以有很高的着色力。
3、耐光牢度
颜料仅仅能给涂料以良好的原始色泽是远远不够的，我 们希望涂膜的色泽必须持久，最好能保持到涂膜本身破坏为 止。但许多颜料在光的作用下都会褪色，发暗或色泽变坏， 因此其耐光牢度各不相同。
9、颜料的毒性
三、颜料的主要品种
按作用分： 活性颜料
白色颜料 着色颜料 黑色颜料
功能颜料
体质颜料（惰性颜料）
彩色颜料
按来源分： 天然颜料
按化学成分： 有机颜料 无面颜料
合成颜料
1、白色颜料 钛白（TiO2）、铅白（2PbCO3· Pb（OH）2）、锌白（氧 化锌）、锌钡白（立德粉：ZnS· BaSO4）等是最常见的白色颜 料，空气也是一种很好的白颜料。 钛白
②其它氧化铁的颜料 氧化铁红：纯的Fe2O3，有人造及天然两种，制造方 法分为干法及湿法，干法是以铁盐经过高温煅烧而得 红色氧化物，湿法是以亚铁盐经氧化而制得的。湿法 产品质地较软，分散性较高，比干法好。建筑涂料中 常用湿法产品。氧化铁红遮盖力及着色力均很强，有 优良的耐光、耐热、耐大气、耐碱及耐稀酸等性能。 它是中性颜料，吸水性很小，用于涂料中能增加涂膜 机械强度，降低透水性及延长寿命，故可用于防锈涂 料中。
2、增加涂膜附着力
附着力是指涂膜与涂面结合的坚牢程度，是涂膜在经受 高速率重力作用下从底材脱落的能力。 因为涂料在固化时常常伴随有各种收缩作用而产生内应 力，这会很大程度地影响涂料在基材上的附着，加入颜料可以
减少收缩，因颜料常为非弹性物质，不易收缩，因此可以改善
涂膜的附着力（粘着）。
3、改善流变性能
钛白是最主要的白色颜料，不溶于水和弱酸，微溶于碱
，耐热性好。钛白含80％以上的TiO2以及少量其他无机组分 如氧化铝、水合氧化铝或二氧化硅等。主要有3种结晶体：锐 钛型、板钛型和金红石型。板钛型属斜方晶型，无工业价值 。
锐钛型和金红石型同属四方晶型，但晶体结构的紧 密程度不同，金红石型晶体结构堆积紧密，晶体之间空隙 小，是最稳定的结晶形态，其硬度、密度、折射率比锐钛 型高，耐候性和抗粉化方面也比锐钛型好。金红石型在接 近紫外光的地方，有一定的吸收，而反射降低，所以它的 白度不如锐钛型，金红石型价格也贵，但因其遮盖力强， 用量少，因此合算一些，故一般常用金红石型，金红石型 钛白的遮盖力比锐钛型钛白高30%。因此除非在要求白度 极高的时候才用锐钛型。 锐钛型钛白具有很高的光活性，因而作户外涂料容易 导致涂膜的快速降解。所以锐钛型不适于户外涂料用，而 主要用于纸张涂料。下表为金红石型和锐钛型钛白的主要 性能比粒。