颜料及其分散理论

第八章 颜料及其分散理论 17
第四节
常用的润湿分散剂（助剂）
颜料在漆基中的湿润和分散是涂料制造的重要过程， 它对漆的质量有极大的影响。润湿分散剂能缩短研磨分散 的时间，降低能源的消耗，保证涂料分散体系处于稳定状 态，对涂料的诸多性能都起着决定性作用。 润湿剂的机理是通过表面活性剂的作用，降低固/液界 面张力，使漆基在很短的时间内就能润湿颜料表面。 分散剂的机理简单的说就是通过以下三个方面的作用， 使得颜料粒子能稳定的分散在漆料之中。 第一、吸附作用 表活性剂的亲水基团吸附在颜料表 面上，同时其亲油基团又吸附于漆料的分子上以便于颜料 的分散。 第二、表面活性剂促进胶体粒子表面形成双电层，由于 电荷的斥力，构成了分散体系的稳定性。 第三、表面活性剂促使被树脂分子包裹着的颜料粒子之 间产生熵斥力而使颜料粒子得以分散。
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一、颜料的湿润 漆料对颜料的湿润是分散的基础，为了缩短湿润完成的时 间，提高湿润过程的速率，可以采用以下方法： 1.选用粒径小、表面经过改性的颜料，使之利于湿润和分 散。因为颜料的粒径越小，颜料越松散，粒子之间的孔隙 越大，越容易被分散。 2.降低漆料的表面张力，使之容易向颜料孔隙中渗透。 3.使用低固体含量的漆料配制和研磨漆浆。 4.使用湿润剂来降低液体和固体间的界面张力。 5.使用分散剂吸附在颜料表面上，以降低界面张力。 6.将漆浆预混合并升温至50℃以上，静置过夜，再进行分 散研磨。
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3．苯甲酰老红。 透明度高，耐热性，耐渗色性和户外保光性 好，用作汽车漆。 4．吡唑啉酮红 着色力强，透明度高，耐热、渗色性，耐化 学品，但耐光性较差，用作自行车，玩具，钢笔和装饰用品漆。 5．汉砂黄。 色彩鲜亮，强度高，透明性好，耐光、耐化学品 性好，耐热性差，用作耐化学品漆。 二．酞青颜料 具有优良的耐酸，耐碱，耐候和耐光性，着色力极好颜料 鲜艳，遮盖力非常强。 酞青兰是最优良的兰色颜料，在涂料工业中用量很大，酞 青绿比酞青兰性能更优越，没有结晶问题，使用时可添加少量 助剂如苯甲酸铝等，是最优良的绿色颜料，但价格昂贵。 三、喹外啶酮颜料 有橙色，老红。猩红，品红，紫红。耐热，耐光，耐化学 的性能。用于高质量面漆或与其它颜料混合使用。
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4.铁系颜料： 铁红（Fe2O3 ），铁黄（Fe2O3·H2O），铁黑（FeO） x·（Fe2O3 ）y，具有很高的化学稳定性。耐光、耐碱性 好，铁红的耐热性高达200℃，能强烈吸收紫外线，因而 能强有力地保护涂料基料及被覆盖物品免受紫外线破坏。 耐水，耐溶剂，耐化学性好，耐候性强，不受大气浸蚀， 大量用于建筑涂料和防腐涂料的底漆。----有防锈作用和 隔离作用。 5.铬系绿色颜料： 铬绿（PbCrO4·XPbSO4·yFeNH4[Fe（CN） 6]）的化学 成分比较复杂，以上是它的通式。具有良好的遮盖力，着 色力强耐久性适中。铬绿不耐碱，不能用于PH大于7的水 性涂料，也应避免与碱性填料如 CaCO3混合使用。 氧化铬绿（Cr2O3 ），吸油量高，耐光，耐高温，耐 酸碱，化学稳定性好，广泛用于户外建筑涂料，如耐化工 厂酸气涂料，耐海洋大气涂料等。
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10.体质颜料 由于对光的折射率低，因而遮盖力、着色力低，但可降 低成本，改善涂料的某些性能或消除某些弊病，可用作增稠 剂、流平剂、增强剂，提高阻水阻气性和耐水性、耐候性。 ①硫酸盐——BaSO4 、CaSO4。 BaSO4呈化学惰性、耐 酸、碱，耐光、耐热、润滑性和分散性好。作面漆、汽车漆 和底漆的填料。CaSO4做底漆填料，以降低成本。 ②CaCO3 是最通用的体质颜料。既降低成本又起骨架作 用，可增加涂膜厚度，提高机械强度、耐磨性、悬浮性。用 于底漆，腻子较多。 ③石英砂（SiO2 ），化学稳定性好，价格低廉，在乳胶 漆中使用不仅起到填充作用，而且涂刷性好，平光作用和耐 候性也好，用在地板漆，甲板漆中还可以改善漆膜的耐磨性 和抗滑性。
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第二节 有机颜料
指含有发色团和助色团的有机化合物，常用的发色团有：
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助色基团有：
有机颜料色彩鮮亮、着色力强、不易沉淀、具有良好的 耐化学品性，在涂料工业中的应用日益增加。 一、偶氢颜料 1．对位红 用于深色调、低中档空气干燥涂料中，有好的遮盖力和 化学稳定性，但耐光性差，耐烘烤性不好。 2．甲苯胺红。 具有极其鲜亮的主色，保色性好，耐热、耐化学品，但 耐光性不好，用于空气干燥漆和烘烤漆。
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9.金属颜料 铝粉，对紫外线有良好的反射能力。从而可延缓紫外线对 涂料的老化，破坏。具有鳞片状，有很好的隔离阻挡作用，即 屏障作用。工业上以铝粉浆形式出售，其中含铝粉65%，35%为 溶剂（硬脂酸--浮型；油酸—非浮型）。这种涂料中有一定的 光泽度及亮度。 锌粉，为带兰相的灰色粉未，为球形粒子，粒径平均 3∽8um，广泛用于钢铁的防锈保护(相对于钢铁为阳极)，基料 多为氯化橡胶，环氧酯，聚氨酯、聚酯等。 铜粉---金粉，呈金黄色，鳞片状粉未，主要应用于纸和纸 板，涂料起装饰作用。 发光颜料 ，由ZnS和硫化锌镉所组成，掺入0.033∽1.0%的 活性物质---Ag、Cu、Mg等，白天在光照下可贮存能量，夜晚 在灯光照射下可释放出可见光，用于交通，安全标志及军事。
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二．几种常用的无机颜料
1、钛白(TiO2) 是白色颜料中最好的一种，有很强的着色力和遮盖力，而且 耐光，耐热，耐稀酸，耐碱。分为锐钛型和金红石型，由于它 们的晶格不同，锐钛型制漆易粉化，适合于配制室内涂料用； 金红石型则不粉化，耐光性优异，适合于配制户外用涂料。前 者白度比后者好。 钛白主要用来赋予涂料的遮盖力，钛白常与氧化铝，氧化锌， 二氧化硅等配合使用，可提高其耐光性。 2、锌白(ZnO) 有良好的耐热，耐光，耐候性，不粉化，适用于外用漆，可 与树脂中的羧基基团反应生成锌皂，可改善涂膜的柔韧性和硬 度，有清洁和防霉作用，由于其折光率比钛白小，所以遮盖力 不如钛白。 3.立德粉(亦称锌钡白)：30%左右ZnS，70%左右BaSO4，遮盖力比锌 白高，仅此于钛白，具有化学惰性和耐碱性，可赋予涂料紧密 性和耐磨性，多用于建筑涂料，不耐酸，在阳光下易变暗，不 宜用作制造高质量的户外涂料。
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气相SiO2 （白碳黑）是很好的触变剂，可防止在立面上 施工时出现流淌、流挂等现象。化学稳定性好，但难以分散。 天然硅藻土，主要用作平光漆和底漆可用来控制光泽度 和色彩度。 ④硅酸盐----滑石粉，高岭土，硅灰石，云母粉。 滑石粉，主要成分为3MgO·4SiO2·2O可改善涂料的流变 H 性，如降低颜料下沉，防止涂料流挂，改善刷涂性，还能吸 收伸缩应力。免于发生裂缝和空隙，因而可增加涂膜的耐久 性。 高岭土 ，主要成分是Al2O3·SiO2· 2O。 微细高岭土可 H 提高钛白粉或其他白色颜料的遮盖力，改善涂料的流变性和 光泽。 云母粉粒子呈片状，有阻挡隔离作用，对膜的强度有增 强作用，提高其抗开裂性，常用于底漆和防锈漆中。
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二、颜料和解聚 解聚是制漆过程中主要的、消耗能量最大的工序 。颜 料的解聚主要靠机械方法来实现。常用的机械设备有 高速分散机、砂磨机、球磨机、三辊研磨机等。 为了达到充分分散的目的，通常需要具备下述条件： 1.有一个精心设计的色漆配方，包括分散性能好的颜 料的选用 、颜料和漆料的科学配比、适宜的溶剂及湿 润、分散等助剂的选用。 2.根据所生产的色漆的品种选用高效的研磨分散设备。 3.确定合理的生产工艺和操作规程。
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硅灰石主要用于内墙平光涂料。有一定遮盖力和较好的装 饰性。 膨润土（钠基）主要用于水性涂料、乳胶涂料的蚀变剂。 11、 防锈颜料 红丹 主要成分为四氧化三铅，橙红色粉末，能钝化钢 铁表面而抑制腐蚀，另外，它的吸湿性低，可抑制湿气和 氧气的渗透，达到防锈的目的。常用于不干性油醇酸树脂 涂料中。 锌铬黄 主要成分有铬酸锌、氧化锌、铬酸钾等，铬酸 盐与钢铁接触后生成铬酸铁覆盖在钢铁表面，使其钝化， 故有很强的防锈作用。在配制底漆时经常使用。 磷酸锌 乳白色粉末，能和多种漆基相容，能使钢铁表 面磷化，从而起到防腐作用。
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2.粒子的形状 ①瘤状粒子，钛白，立德粉流动性好。 ②针状粒子，锌白，滑石粉，具有强增作用，提高硬 度，强度。 ③扁平粒子，如金属颜料 增强隔离阻挡作用 3．颜料粒子的比表面积 单位质量颜料的表面积称为比表面积，与粒径成反比， 比表面积大，遮盖力、着色力好 4.颜料粒子的表面处理 ①表面活性剂的存在可以控制过饱和，增溶，成核等 过程。 ②无机颜料表面存在有机物涂层(即被表面活性剂所包 裹)，可以提高润湿效果，增加颜料的分散性，稳定性， 改变涂料的流平性。 ③通过表面活性剂处理可以改善其耐光，耐酸碱和耐 溶剂性。
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黑色：碳黑，氧化铁黑（FeO·Fe2O3） 金属颜料：铝粉 ，锌粉，铜粉； 体质颜料：碳酸钙，硫酸钡，滑石粉、高岭土 （Al2O3·2SiO2·2H2O）、硅灰石（CaSiO3）、云母粉。
一、影响颜料性能的几个主要因素 1、颜料粒子的大小 大多数颜料的平均粒径为0.01--1.0um，但体质颜料 平均为50um。 ①粒径小，分散度大，反射光的面积多，遮盖力强 ②粒径小，着色力强
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三、稳定化的机理 颜料粒子的稳定主要取决于颜料粒子之间的三种作用力。 1.范德华力----是指分子间的吸引力。吸引力随粒子直径的 增大而增大。随粒子分隔距离的增大而减 2.静电力----主要是指电荷之间的排斥力，它随粒子尺寸、 粒子表面双电层厚度的增大而增大，随粒子距离的增大 而减小，还与溶液的PH值，盐浓度和盐离子价数有关。 3.空间位阻力-----也是排斥力，与被吸附的聚合物颜料粒 子表面的功能基团（如—OH、-COOH、-NH2）和溶剂的性 质有关。 当三种力平衡时，才得到稳定化体系。加助剂（润湿剂， 分散剂）的作用就是促使平衡向减小吸引力，增大排斥 力的方向移动，使颜料粒子间的距离变大，从而达到充 分分散的目的。
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6.镉系颜料： 由CdS、SnS、CdSe、HgS等组成，随原料不同分为红， 黄，橙等多种颜色，这种颜料粒径小，着色力，遮光力 强，耐高温400℃以上，耐酸碱，但价格贵，主要用于 耐高温的特殊涂料。 7.群青： Na2O 19∽23% 、 Al2O3 23∽29% 、 SiO2 37∽50% 、 S 8∽14%是最美丽的兰色颜料，吸油量高，耐久性好，耐 光耐候，耐热，耐碱，但不耐酸，遇酸分解变黄，在白 漆中使用群青可抵消白漆的泛黄。 8.炭黑： 有炉黑，槽黑，热裂黑，灯黑，乙炔黑等。槽黑用于 涂料，炉黑多用于橡胶，塑料。炭黑粒径小，着色力， 遮盖力很强，吸油量高，但分散困难，耐光、耐热、耐 高温，耐酸碱，耐化学品性好，尤其能吸收紫外线，可 提高涂料的耐候性，在涂料工业中广泛使用。
第八章 颜料及其分散理论
颜料的作用有：装饰、保护、改善涂料的应用性能和力 学性能、降低成本。
第一节 无机颜料
白色；钛白，锌白（ZnO），立德粉(ZnS·BaSO4)，硫化锌 (ZnS)、锑白（Sb2O3）； 红色：镉红（nCdS·CdSe），铁红（Fe2O3）； 黄色：镉黄（CdS·BaSO4），铅铬黄（XPbCrO4·yPbSO4）； 绿色：氧化铬绿（Cr2O3）、铬绿； 兰色：铁兰，群青
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第三节
颜料分散理论
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颜料在其制造过程中，最初形成的粒子称为初级粒子，粒 度为5nm—1um，能轻易地分散到漆料中去，但初级粒子在加工 过程中，尤其是干燥时，会因种种原因相互粘结成聚集体，聚 集体之间或聚集体与初级粒子之间还可以粘结成聚集物，通常 聚集物比较容易分散，而聚集体粘结比较牢，分散比较困难。 颜料在液体介质中分散的好坏不仅影响涂料的色彩和美感， 而且还影响涂料的物理性能，如粘结力，耐久性，抗冲击强度， 甚至影响高固含量和水性涂料的化学性质。 颜料在涂料中的分散过程由三个阶段组成----润湿，机械 化解聚集和稳定化，前两个过程主要通过设备来完成。是创造 稳定化的前提，但还不足以得到稳定化体系，当剪切力消除时， 又可能重新附聚或凝聚，因此必须加入助剂（分散剂）以稳定 已分散的颜料粒子。