颜料在涂料中的应用
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一般颜料在生产加工出产后，表面 都吸附有空气、水和其它污染物等 物质，这些吸附物对树脂（溶剂） -颜料之间的浸润有阻止作用。
颜料
空气 水
中海油常州涂料化工研究院
11
改善颜料润湿的主要措施
漆料的表面张力要低于颜料的表面自由能（要同时考虑使用 低表面张力的溶剂、树脂及润湿剂，溶剂的表面张力＜成膜 物的表面张力---低固体份有利于润湿）
D
颜料表面的树脂及溶剂
（或分散剂）
的吸附层厚度
D＞10nm
体系才稳定（溶剂吸附层厚度一般只有0.6~0.8nm )
中海油常州涂料化工研究院
15
影响吸附层厚度的因数有哪些？
颜料表面吸附层的厚度决定了颜料分散体的稳定性 表面活性剂----非极性段的长度 具有多个锚定基团的树脂-----树脂的分子量 如：环氧+钛白 低分子量的环氧----吸附层厚度只有7nm 高分子量环氧-----吸附层厚度达到25nm (稳定性好） 颜料表面的极性 溶剂和树脂的竞争吸附，溶剂赢-----吸附层厚度降低 树脂赢-----吸附层厚度提高 树脂中极性官能团的多少，以及它们的分布
稳定化出问题-------絮凝（俗称“反粗”)，它会给涂料带来 许多弊病：
涂料（或色浆）返粗（细度不合格） 涂料光泽下降 遮盖力下降 着色力下降 色浆稠度上升
中海油常州涂料化工研究院
13
空间位阻（熵排斥）稳定原理
吸引力
颜料
200 Å
X
熵减少
熵增加
排斥力
中海油常州涂料化工研究院
14
吸附层的厚度 D
中海油常州涂料化工研究院
16
树脂链上的极性基团数量及分布也会影响厚度
D
D
D
分布密，吸附层薄 分布疏松，吸附层厚 嵌段聚合，吸附层厚
中海油常州涂料化工研究院
17
颜料分散与颜料表面性能的关系
颜料分散的关键是要保证在颜料表面有足够厚度的牢固吸附层 防止已分散好的颜料浆出现絮凝（返粗）
从颜料方面要注意的问题是： 颜料表面的极性---即有无可锚定的基团 颜料的粒径大小---即颜料本身的比表面积大小 颜料的表面处理工艺 颜料的pH值-----往往会出现与基料的pH相克 颜料聚集体的内聚力大小-----影响分散时的外加剪切力大小 颜料表面的多孔隙性----影响吸油量，润湿性 颜料表面的水份----润湿时需要置换 颜料表面的水溶性盐----影响分散时的吸附层，特别是水性体系
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6
颜（填料）在涂料体系中的基本形态
颜料和染料的区别 颜料是以颗粒状态分散在介质中， 染料是以分子状态溶解在介质中。
注意！
1. 染料在介质中总是透明的，而颜料除非原级粒径小于光的半波长 ，否则它在介质中是不透明的
2. 颜料既然是以颗粒状态分散在介质中，必然存在两者之间的界面 3. 颜料产品是原级粒子的聚集体或附聚体，使用时必需进行分散
颜（填）料在涂料中的应用
钱伯容
中海油常州涂料化工研究院有限公司 2014.常州
中海油常州涂料化工研究院
1
涂料的组成及特点
涂料主要由四大组分组成—
基料（树脂）
颜填料
溶剂
助剂
涂料的特点
1. 属于新材料领域，精细化工材料 2.半成品
3.体系复杂
4.涉及学科多
5.使用领域宽
6.被涂底材五花八门
7.制造设备通用，但须精细控制
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3
实例1 红外反射颜料---冷屋面
国家已出台有关标准 反射隔热漆标准（JC/T1040-2007）
中海油常州涂料化工研究院
4
实例2 金属片状效应颜料
金属铝颜料或云母粉，在汽车漆中平性取向，产生闪光 效应
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5
与涂料性能有关的颜料特性
颜色 粒径及分布 润湿性 表面极性 表面能 着色力 吸油量 比表面积 消色力 耐光性 耐酸，耐碱性 晶型 亲水亲油平衡（HLB）
中海油常州涂料化工研究院
9
如何实现颜填料的稳定分散
按目前绝大多数工业界和学术界认可的颜料分散过程分三个 步骤
润
分散
稳
湿
（研磨）
定
过
过
程
过程
程
中海油常州涂料化工研究院
10
颜填料的润湿过程
在颜料分散工艺中，颜料是一个不连续相。要均匀、稳 定地分散在连续分散介质（树脂+溶剂）中，首先碰到的 问题是润湿。
8.施工设备繁多，有适应性要求 9.施工质量与底材及环境条件有关
10.日趋严格的环保要求对涂料的结构和配方设计有影响
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2
颜填料在涂料中的主要作用
颜料---着色颜料---提供所需要的色彩及装饰性
使涂料具有遮盖力 提高涂层的各种耐性 防锈颜料---防止金属表面发生化学，电化学腐蚀 功能性颜料---赋予涂层特殊的功能（如：珠光颜料—珠光效果 ，金属颜料—闪光效果，荧光颜料，高温颜料，示温颜 料等, 红外吸收颜料等） 填料--提高涂层机械强度 提高固含量，降低成本 改善施工性能 提供功能性，如纳米填料
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18
高分子分散剂的使用方法
高分子分散剂使用时要注意三个方面的问题： 1。分散剂与基料（树脂）的相容性 2。分散剂的使用量（与颜料量的比例） 3。分散剂的使用方法
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7
颜料聚集体的分离过程（分散或研磨）
研究结果表明，颜料粒径在0.05~0.5µm范围时，具有最佳的遮盖力、着 色力和耐候性。大多数商品颜料的原级粒子粒径都在这个范围内。但由于 在煅烧、烘干过程中，颜料的粒子常处于附聚态或聚集态：
A 原级粒子
B 聚集体
Biblioteka Baidu
C 附聚体
分散（研磨）的作用：
B或C
xA
〔注意〕原级粒子不会破碎！！
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8
如何实现颜填料的稳定分散
按目前绝大多数工业界和学术界认可的分散过程分三个步骤 （1）润湿过程 （2）分离（分散或“研磨”）过程 （3）稳定过程
颜料分散技术涉及的主要学科: （1）颜料化学-----包括无机颜料、有机颜料和体质颜料 （2）表面化学-----固体表面、液体表面 （3）界面化学-----液-固（液）界面，表面张力 （4）聚合物化学---树脂结构，润湿剂/分散剂结构 （5）聚合物物理化学—氢键，表面化学。物理吸附，范德华力
树脂中应含有一定数量的极性基团（如羟基、胺基等）
漆料的粘度应稍低（具有一定的渗透力）
颜料的表面经过改性，极性高（如碳黑表面经氧化处理）
分散预混料放置过夜，使树脂和溶剂有足够的时间取代颜料 表面的空气和水
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12
稳定化是颜料分散过程中最重要的一个环节 分散体（颜料浆）出现问题常常就是稳定化技术没有过关
颜料
空气 水
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11
改善颜料润湿的主要措施
漆料的表面张力要低于颜料的表面自由能（要同时考虑使用 低表面张力的溶剂、树脂及润湿剂，溶剂的表面张力＜成膜 物的表面张力---低固体份有利于润湿）
D
颜料表面的树脂及溶剂
（或分散剂）
的吸附层厚度
D＞10nm
体系才稳定（溶剂吸附层厚度一般只有0.6~0.8nm )
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15
影响吸附层厚度的因数有哪些？
颜料表面吸附层的厚度决定了颜料分散体的稳定性 表面活性剂----非极性段的长度 具有多个锚定基团的树脂-----树脂的分子量 如：环氧+钛白 低分子量的环氧----吸附层厚度只有7nm 高分子量环氧-----吸附层厚度达到25nm (稳定性好） 颜料表面的极性 溶剂和树脂的竞争吸附，溶剂赢-----吸附层厚度降低 树脂赢-----吸附层厚度提高 树脂中极性官能团的多少，以及它们的分布
稳定化出问题-------絮凝（俗称“反粗”)，它会给涂料带来 许多弊病：
涂料（或色浆）返粗（细度不合格） 涂料光泽下降 遮盖力下降 着色力下降 色浆稠度上升
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13
空间位阻（熵排斥）稳定原理
吸引力
颜料
200 Å
X
熵减少
熵增加
排斥力
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14
吸附层的厚度 D
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16
树脂链上的极性基团数量及分布也会影响厚度
D
D
D
分布密，吸附层薄 分布疏松，吸附层厚 嵌段聚合，吸附层厚
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颜料分散与颜料表面性能的关系
颜料分散的关键是要保证在颜料表面有足够厚度的牢固吸附层 防止已分散好的颜料浆出现絮凝（返粗）
从颜料方面要注意的问题是： 颜料表面的极性---即有无可锚定的基团 颜料的粒径大小---即颜料本身的比表面积大小 颜料的表面处理工艺 颜料的pH值-----往往会出现与基料的pH相克 颜料聚集体的内聚力大小-----影响分散时的外加剪切力大小 颜料表面的多孔隙性----影响吸油量，润湿性 颜料表面的水份----润湿时需要置换 颜料表面的水溶性盐----影响分散时的吸附层，特别是水性体系
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6
颜（填料）在涂料体系中的基本形态
颜料和染料的区别 颜料是以颗粒状态分散在介质中， 染料是以分子状态溶解在介质中。
注意！
1. 染料在介质中总是透明的，而颜料除非原级粒径小于光的半波长 ，否则它在介质中是不透明的
2. 颜料既然是以颗粒状态分散在介质中，必然存在两者之间的界面 3. 颜料产品是原级粒子的聚集体或附聚体，使用时必需进行分散
颜（填）料在涂料中的应用
钱伯容
中海油常州涂料化工研究院有限公司 2014.常州
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1
涂料的组成及特点
涂料主要由四大组分组成—
基料（树脂）
颜填料
溶剂
助剂
涂料的特点
1. 属于新材料领域，精细化工材料 2.半成品
3.体系复杂
4.涉及学科多
5.使用领域宽
6.被涂底材五花八门
7.制造设备通用，但须精细控制
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实例1 红外反射颜料---冷屋面
国家已出台有关标准 反射隔热漆标准（JC/T1040-2007）
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4
实例2 金属片状效应颜料
金属铝颜料或云母粉，在汽车漆中平性取向，产生闪光 效应
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5
与涂料性能有关的颜料特性
颜色 粒径及分布 润湿性 表面极性 表面能 着色力 吸油量 比表面积 消色力 耐光性 耐酸，耐碱性 晶型 亲水亲油平衡（HLB）
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9
如何实现颜填料的稳定分散
按目前绝大多数工业界和学术界认可的颜料分散过程分三个 步骤
润
分散
稳
湿
（研磨）
定
过
过
程
过程
程
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10
颜填料的润湿过程
在颜料分散工艺中，颜料是一个不连续相。要均匀、稳 定地分散在连续分散介质（树脂+溶剂）中，首先碰到的 问题是润湿。
8.施工设备繁多，有适应性要求 9.施工质量与底材及环境条件有关
10.日趋严格的环保要求对涂料的结构和配方设计有影响
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颜填料在涂料中的主要作用
颜料---着色颜料---提供所需要的色彩及装饰性
使涂料具有遮盖力 提高涂层的各种耐性 防锈颜料---防止金属表面发生化学，电化学腐蚀 功能性颜料---赋予涂层特殊的功能（如：珠光颜料—珠光效果 ，金属颜料—闪光效果，荧光颜料，高温颜料，示温颜 料等, 红外吸收颜料等） 填料--提高涂层机械强度 提高固含量，降低成本 改善施工性能 提供功能性，如纳米填料
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18
高分子分散剂的使用方法
高分子分散剂使用时要注意三个方面的问题： 1。分散剂与基料（树脂）的相容性 2。分散剂的使用量（与颜料量的比例） 3。分散剂的使用方法
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7
颜料聚集体的分离过程（分散或研磨）
研究结果表明，颜料粒径在0.05~0.5µm范围时，具有最佳的遮盖力、着 色力和耐候性。大多数商品颜料的原级粒子粒径都在这个范围内。但由于 在煅烧、烘干过程中，颜料的粒子常处于附聚态或聚集态：
A 原级粒子
B 聚集体
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C 附聚体
分散（研磨）的作用：
B或C
xA
〔注意〕原级粒子不会破碎！！
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8
如何实现颜填料的稳定分散
按目前绝大多数工业界和学术界认可的分散过程分三个步骤 （1）润湿过程 （2）分离（分散或“研磨”）过程 （3）稳定过程
颜料分散技术涉及的主要学科: （1）颜料化学-----包括无机颜料、有机颜料和体质颜料 （2）表面化学-----固体表面、液体表面 （3）界面化学-----液-固（液）界面，表面张力 （4）聚合物化学---树脂结构，润湿剂/分散剂结构 （5）聚合物物理化学—氢键，表面化学。物理吸附，范德华力
树脂中应含有一定数量的极性基团（如羟基、胺基等）
漆料的粘度应稍低（具有一定的渗透力）
颜料的表面经过改性，极性高（如碳黑表面经氧化处理）
分散预混料放置过夜，使树脂和溶剂有足够的时间取代颜料 表面的空气和水
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12
稳定化是颜料分散过程中最重要的一个环节 分散体（颜料浆）出现问题常常就是稳定化技术没有过关