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涂料用颜料选择时要考虑哪些特性

作者： 精颜化工    日期： 2023-08-24    点击量：     文字大小：  大  中  小

涂料选择颜料时要考虑哪些特性？


颜料晶体结构


颜料可以是结晶的或非结晶的（无定形的），在结晶颜料中，每个分子内的原子都以结构良好的模式排列，然而在无定形颜料中，原子是随机排列的，材料也可能具有几种不同的晶体形式，这称为多态性。

颜色取决于这些不同的结构，存在具有不同晶型的化学相同实体的颜料。然而，这些多晶型颜料不适合用作颜料，这种多晶型颜料的例子包括：
  • 二氧化钛
  • 酞菁蓝
  • 线性反式喹吖啶酮

目前正在开发影响所需晶体形态和颗粒分布的技术，颜料生产商通过这种方法来优化最终应用的商业产品。

颜料颗粒形状


颗粒形状会影响颜料的色调和油漆的性能，以下参数确定颗粒的形状：
  • 化学结构
  • 晶体结构
  • 颜料的合成

颜料的主要颗粒可以是球状、球形、棱柱形、针状或层状，初级粒子由单个粒子组成，这些颗粒越小，它们的表面能就越大，因此它们在制造过程中聚集在一起的可能性就越大。

以初级颗粒的形式提供颜料是不切实际的，因为它们更像烟雾而不是粉末，在实践中，它们仅在合成颜料时存在，当颗粒在制造过程中结块时，它们会形成聚集体或团聚体。

聚集体在合成或干燥过程中沿晶体边界连接，很难将它们分开，因此颜料制造商试图避免在颜料生产过程中形成它们。团聚体是由原始颗粒组成的松散团块，它们可以通过有效的分散过程分解，在此过程中，颗粒仍有可能重新聚集成松散的团块，这些团被称为絮凝物。这种情况通常发生在状态发生快速变化时，即稀释过快或添加了不相容的物质。

絮凝导致着色强度损失，然而絮凝物通常比真正的附聚物更容易分离，即使是正常的剪切力（如刷洗）也足以将其分离。根据剪切力的大小，絮凝体的锡槽强度会不均匀地增加。

在刷洗过程中需要注意的一点是，小颗粒比大颗粒更容易絮凝，因此容易发生絮凝的颜料有炭黑和一些有机颜料，如酞菁颜料和二恶嗪紫颜料。市场上出现了越来越多的絮凝稳定型颜料。

颜料颗粒大小


颜料颗粒通常不是球形的，它们可以有不同的尺寸，具体取决于测量的是长度、宽度还是高度，粒径是初级颗粒的平均直径。典型范围包括：
  • 炭黑 - 0.01至0.08μm;
  • 钛白粉 - 0.22至0.24μm;
  • 有机物 - 0.01至1.00μm;
  • 无机物 - 0.10至5.00μm;

填充颜料可以是最粗糙的颜料颗粒之一，可达50μm，但其他类型可能非常细（例如，沉淀的二氧化硅）。

颜料的颗粒大小会影响其颜色、隐蔽性和沉降特性，大颗粒通常比小颗粒沉降得快，而小颗粒则更难分散，光散射通常也会受到颜料大小的影响，分布也会影响胶体稳定性和颜色。

表面积和吸油性


表面积是固体表面的总面积，表面积的单位是平方单位（m²），通常定义为1克颜料。有机颜料的典型值在10到130平方米之间，这种表面积是通过公认的测量技术确定的，如使用氮吸附的BET（Brunauer、Emmett 和 Teller）方法。该技术包括计算颜料的吸附特性。

表面积与颜料对粘合剂的需求密切相关，较大的颗粒具有较小的表面积，因此对粘合剂的需求较低。由于颜料颗粒的尺寸很小，表面积变大，因此涂料在分散过程中需要大量的粘合剂来润湿每个颜料颗粒。

吸油量是“润湿”100克颜料和制造油漆所需的油量，吸油量以每100克颜料的油克数表示（或体积与重量的关系）。

吸油量 = 克油/100克颜料

该值取决于颜料的物理性质和粒径，油的量会影响干燥的时间，一般来说，大量的油会导致变黄和延迟干燥。

涂料颜料

颜料的硬度


硬度通常基于莫氏硬度标度，颜料的硬度是通过与莫氏硬度的十个等级进行比较来测量的。

在（Rosiwal）硬度的绝对尺度中，耐磨性是通过实验室的证明来测量的，并将刚玉的值定为1000。

同样，努氏硬度计的硬度值也是绝对值，硬度值取决于在矿物上刻下的痕迹深度，这些痕迹是用带有钻石尖的特殊工具刻下的，并施加一定的力。

这些刻度有助于确定颜料的硬度以及是否容易磨损，颜料的硬度会影响薄膜的耐久性和耐磨性，硬度标尺还能让配方设计师更好地确定研磨设备的需求和最终用途。有些颜料质地较软，在研磨过程中可能会受损，尤其是长时间置于球磨机中时。

另一个需要考虑的因素是颜料的溶解性以及溶剂对颜料硬度和结构的影响。

颜料用量


油漆涂料中使用的颜料量由以下因素决定：
  • 颜料的浓度和着色强度
  • 所需的不透明度
  • 所需的光泽度
  • 规定的阻力和耐久性

油漆工艺师主要根据以下两个概念来确定颜料用量：

1.颜料体积浓度（PVC）
在配制具有最佳耐久性的涂料时，这是基本考虑的问题，有一个临界点代表颜料颗粒的最密集堆积，这与系统的分散程度一致，对于需要高光泽度的系统，需要低PVC，底漆和底漆的PVC含量要高得多，高达90%。

2.颜料与粘合剂的比例（P：B）
P:B 比（按重量或有时按体积）的计算要简单得多，它通常用于协助配制良好的研磨料并平衡配方的光泽度和不透明度。

配方中使用的粘合剂


涂料体系中的基料在确定颜料及其溶解的溶剂类型方面起着关键作用。
  • 溶剂的常见选择是水，因为它与大多数聚合物相容，但某些碳粉除外。
  • 溶剂油是长油醇酸涂料的常用溶剂，它们广泛用于装饰性亮光漆，大多数颜料几乎都不溶于白油。因此，它很少会缩小颜料的选择范围。
  • 工业面漆可以使用二甲苯、酮类和酯类等溶剂，这些溶剂具有很强的溶解能力，可以溶解耐溶剂性较差或只有中等耐溶剂性的颜料。

此外，还必须考虑涂料是否需要进行罩面处理。例如，在汽车修理的情况下，原漆上使用的颜料必须能快速过涂。

在粉末涂料中，交联剂会对颜料产生影响。因此，颜料必须与这些交联剂在涂装温度下相容，由此可见，所使用的树脂和溶剂类型仍然是选择颜料的关键因素。

最终应用中的涂料性能


了解涂料的最终用途至关重要，因为这关系到耐久性和耐化学性的要求。为提高性能所能承受的最高价格也取决于对这一点的了解。

例如，低质量的颜料无法满足汽车面漆的要求，而高质量的颜料则没有必要用于园艺工具。

涂料可根据其使用的市场进行分类，例如：
  • 建筑涂料或装饰涂料
  • 汽车面漆、OEM（原漆）或 VR（汽车修补漆）
  • 工业面漆

同样，涂料中使用的颜料与油墨中使用的颜料所要求的特性也不尽相同。
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