颜料与涂料之——颜料在涂料中的应用.doc

颜料与涂料之颜料在涂料中的应用分享到: 1楼颜料的应用非常广泛,如涂料,塑料,橡胶,纺织,陶瓷,美术水泥着色等,颜料的新用途也不断地扩展,如化妆品,磁带,食品,粘合剂,静电复印等. 正确地选择适合于某种用途的颜料品种是颜料应用工业的重要课题.对颜料品种的选择应在充分了解颜料性能特点的基础上,扬长避短,进行全面的考虑.既要考虑颜料应用后所起的作用,又要考虑到经济合理性. 颜料在涂料中是主要原材料,颜料常赋予涂料一定的色彩.涂料中所用的颜料以无机颜料为主,其中钛白占首位,其次为氧化铁红,铬黄,立德粉等品种.涂料也用一部分耐候性良好的有机颜料品种,特别是红色颜料和蓝色颜料. 涂料对颜料的要求随涂料的品种与使用要求的不同而变化,一种优良的涂料用颜料应具备以下各种性能. 1. 良好的分散性 在制造涂料时希望颜料能很好地分散到涂料基料中,并能达到良好的细度.涂料的参数指标中均列有细度指标,如要求小于15 m.颜料在研磨时就要求能较快地达到所要求的细度指标. 有些颜料比较难分散,如炭黑,铁蓝等.将难分散的颜料与易分散的颜料在同一类型的研磨设备中研磨,就可以对比出达到要求细度所需要的研磨时间存在差别,难分散的颜料所需的研磨时间要长很多,消耗的能源也较多.为此,在制造颜料时采取改善分散性的措施,提高颜料的分散性,可以减少研磨时间并节约能耗.例如制造易分散颜料或色浆等加工颜料,就是针对提高颜料的分散性而提出来的. 使用具有良好分散性的颜料,涂料的质量也会有所提高,涂料的细度符合标准并较为稳定,颜料不易在贮藏过程中重新聚集成大颗粒沉底,制成的漆膜较为平滑,耐水性也较好. 2. 优良的耐旋光性及耐候性 颜料的耐旋光性参照羊毛褪色标准经人工曝晒后评定,8级最优,1级最劣.耐候性在户外曝晒二年以后评定,5级最优,1级最差. 颜料在同白色颜料冲淡之后的耐旋光性和耐候性常有变化,大部分颜料是冲淡之后使用的,有些有机颜料在冲淡之后的耐候性和耐旋光性有明显的下降趋势. 有机颜料中,有一些耐旋光性特别优秀的颜料品种,如二恶嗪紫,酞菁蓝,酞菁绿,异吲哚啉酮黄,北红,喹丫啶酮红等. 金红石型钛白和经过表面处理的铬黄,钼铬红均有较好的耐候性. 3. 优良的耐热性 烘漆要求在80 100甚至120 130烘干,因此配制烘漆的颜料至少要耐150才能保证烘干后不变色.一般有机颜料耐热性不及无机颜料,但是个别品种如酞菁蓝也有较好的耐热性,如要用耐温度较差的颜料,只能选用低温烘漆. 耐高温的彩色颜料则非用无机颜料不可,其中镉红,镉黄,群青,氧化铁红,钛镍黄及金属颜料等有优秀的耐高温性,可以用于耐高温涂料. 4. 溶剂性 无机颜料绝大部分无不耐溶剂的问题.耐溶剂性差的有机颜料在强溶剂体系中要溶解而渗色,特别在含有强溶剂的挥发性漆中,问题更为突出,因此在选用有机颜料时需要慎重的测试. 5. 耐水性 耐水性差的颜料用于涂料会影响到涂膜的质量,如抗水性差,颜料的颜色易水渗产生斑点和条痕.水溶解度大的无机颜料及有机颜料中的盐类颜料通常有此问题,大部分的颜料具有良好的耐水性. 6. 耐酸碱性 有些颜料不耐酸,因此不能用于带酸性固化剂的涂料,制成的涂料也不宜用于接触酸性的环境.耐酸性优良的品种有钛白,铁蓝,氧化铬绿,及部分有机颜料.耐酸性差的品种有氧化锌,镉红,镉黄,橘铬黄,钼铬红,群青,碳酸钙及部分有机颜料. 颜料的耐碱性是制造耐碱涂料所必需的特性.如有些车辆经常要用碱性洗涤剂洗涤,耐碱性差的涂料就易变色.耐碱性优良的品种有氧化锌,立德粉,钛白,橘铬黄,镉红,镉黄,群青等.耐碱性差的颜料有铬黄,铁蓝及部分有机颜料. 7. 耐其它化学品 有些涂料是用于防腐蚀及耐某一化学品的体系,所用的颜料也应具备这类耐性.此外,有些涂料中用了各种类型的固化剂,必须使颜料具有耐受各种固化剂的性能,才能使这些涂料色泽稳定而不受影响. 赞 02楼8. 颜料的混用性 有些颜料相对密度相差太大,在涂料中常出现分层,或在涂膜中出现浮色,一般可采用调整颜料的体积浓度(PVC)或加用表面活性剂来解决.有些颜料相互易起化学反应,就不宜混用,如耐碱性差的颜料,就不宜同带碱性的颜料混用,反之亦然.含铅的颜料不宜同含硫的颜料混用.一般来说,铬黄同群青,铅白同硫化汞不易配色. 9. 颜料的毒性 有些颜料含有重金属,就不宜用于配制玩具漆,例如铅铬黄不能用于玩具漆,因含铅的问题,已被有机黄颜料替代.一般含铅,汞,镉等的颜料均为有毒颜料. 有机颜料也有重金属最低限量的指标,一般均以ppm为单位,此外有些残余的中间体,如酞菁蓝中的多氯联苯,PCB已有严格的规定限量. 第一节 颜料在一般涂料中的应用 一,在建筑涂料中的应用 建筑涂料要求耐碱,抗水,防潮和对不论粗糙或光滑的基层表面均有良好的附着力.用于建筑涂料中的颜料也相应的要求具有上列特性.户外用的建筑涂料还应有良好的耐候性.所用的白色颜料品种以钛白为主,典型的颜料组成见表12-1.以上述颜料组分为基础,可再加着色颜料而得到需要的色彩. 表12-1 典型的建筑用颜色料组成 组分 含量(%) 溶剂型 乳胶型 钛白(金红石型) 28.6 60.8 碳酸钙 64.3 19.6 白土 14.7 石英粉 7.1 4.9 总计 100.0 100.0 由于交通标志漆常涂布于混凝土或柏油路面上,所以也可以归类于建筑涂料中.这类涂料以白色为主,黄色次之,近年来兴建高速公路,用量增长很快.由于涂料中的颜料体积浓度常达50 60%,所以颜料用量很大.主要颜料为钛白,铬黄,炭黑,氧化锌及填料颜料,典型的交通标志漆的颜料组成见表12-2. 表12-2 典型交通标志漆的颜料 组分 含量(%) 白色 黄色 钛白(金红石型) 30 中铬黄 25 碳酸钙 35 50 滑石粉 10 25 云母粉 10 石英粉 15 总计 100 100 二,金属表面用涂料中的应用 1. 汽车漆中的应用 汽车漆包括面漆和底漆.面漆的要求是美观,光亮,无橘皮,经得起长时间的户外雨淋日晒,不变色.面漆的基料已从硝基漆演变到醇酸漆,胺基醇酸漆和热塑性或热固性的丙烯酸漆,所以颜料又得能忍受固化剂的作用而无不良反应. 汽车面漆用颜料的要求特别严格,代表颜料最高质量的品种,如耐旋光性,耐候性良好的钛白,铬黄及高级有机颜料.因汽车面漆对光泽度的要求,细度要特别细,并要有良好的耐候性,一般要求至少达到耐候性4 5级,以及良好的遮盖力,防潮能力,耐烘烤性及耐溶剂性.配制金属闪光汽车面漆又需要透明性良好的颜料品种,如有些有机颜料和透明氧化铁,铝粉等. 金属闪光汽车漆系以颜料/铝粉以90/10,50/50,75/25等比例拼成,颜料是透明性优良的品种.浅色漆常以颜料/钛白以5/95,2/98等比例拼成. 2. 卷钢涂料中的应用 卷钢涂料是同钢铁工业配套的涂料.近年来随着预涂钢板越来越普遍,卷钢涂料产量增长很快.由于卷钢涂料有耐腐蚀,耐化学品,耐粉化,耐热,防火,防潮湿等要求,所以选用颜料也要有相应的要求,如分散性,着色力,遮盖力,耐热性,防锈阻燃性等.此外,由于部分预涂卷钢用于制作玩具及家用品,对含铅有一定限制,但是工业使用不受此限制. 适合于卷钢涂料的颜料有钛白,氧化锌,锑白,酞菁蓝,酞菁绿,铬黄,钼铬红,氧化铁红,镉红,炭黑,锌黄,锶铬黄,磷酸锌及金属颜料. 3. 船舶漆中的应用 船舶漆包括涂底漆,船底漆,船壳漆,防污漆,甲板漆,以及船舶内部的槽等漆,品种繁多.主要的要求是防锈,延长船舶使用寿命.另外还需要防水,防污漆,防止海生物附着船底,保持船底清洁的功能.所选用的涂料基料为氯化橡胶,环氧树脂等,常用的颜料以防锈颜料为主,如红丹,锌粉,锌铬黄,锶铬黄,氧化锌,铝粉,氧化铁红,酞菁蓝,钛白,以及防污漆专用的氧化亚铜,有机锡化合物. 3楼4. 防锈底漆中的应用 钢铁的腐蚀每年可达惊人的数字,经济损失重大,以防锈涂料防护钢铁是目前的主要措施.防锈涂料所用的传统颜料是红丹,纯红丹底漆由于红丹在大气中受雨淋日晒,易同二氧化碳作用生成碱式碳酸铅,漆膜逐步粉化,所以寿命不长,仅5 8个月.目前的红丹底漆配方中都含有红土及滑石粉,其颜料组成如表12-3所示,使用寿命得到延长,其中以号配方效果较好. 除了红丹防锈漆以外,尚有碱式铬酸铅,锌黄等防锈漆,以及以锌粉为主的防锈漆. 鉴于以上防锈颜料的某些缺点,利用包核原理而制成的碱式硅铬酸铅应运而生,它具有较低的相对密度,较好的耐候性和优越的防锈性能,特别是其含铅量只有红丹的一半,可以节约金属铅,所制成的钢铁防锈漆已在60年代起陆续用于大的桥梁工程,并取得了良好的效果. 表12-3 红丹底漆中颜料的配方 组分 含量(%) I II 红丹 66 75 红土 16 25 滑石粉 18 5. 其它金属表面涂料中的应用 其它金属指锌,铅,镁,铜,镉,铬,锡.金属表面在涂装之前一般先行表面处理,如磷化处理,再刷一层底漆,底漆的典型配方如表12-4所示. 表12-4 典型的金属底漆配方 颜料组分 重量(%) 基料组分 重量(%) 四盐基锌黄 8.6 聚乙烯醇缩丁醛 9.0 滑石粉 1.3 正丁醇 22.0 炭黑 0.1 乙醇 59 用时以4体积的底漆加入1体积的磷酸乙醇溶液,溶液组成为18%磷酸(85%浓度),16.1%水,65.9乙醇或异丙醇(99%). 其它底漆有用锌粉/氧化锌颜料,金属铝粉,铅酸钙作为防锈颜料. 由于铝,镁金属及其合金处理如用含铝颜料会要引起电化学反应而造成腐蚀,因此这类金属的底漆用的颜料多数是锌铬黄. 三,一般民用涂料及木材用漆中的应用 这类涂料的消费市场较大,所用颜料的品种有白色颜料,如钛白,氧化锌立德粉等以及着色颜料.涂料有油性的也有水性. 今后趋向于采用超微粉的填料,粒径 1.0 m的填料可在涂料中替代部分钛白,使钛白的颗粒(0.2 0.3 m)得以分离,从而在颗粒之间起到间隔作用,部分替代后并不使白漆的遮盖力降低很多.此外对提高涂料的质量也起到明显的效果. 第二节 颜料在特种涂料中的应用 一,电泳漆中的应用 电泳漆的施工由于操作环境清洁,劳动保护好,节约劳动力,涂层的质量好等优点,虽然一次性投资大,但已为涂装等工业所接受.电泳漆对颜料有比较特殊的要求. 1. 颜料的粒径 颜料的粒径应小于10 m.小粒径的颜料可以制得较厚的漆膜,具有较高的泳透力.相对密度大的颜料更要求有较小的粒径,并且粒径分布要求在较小范围之内. 2. 颜料的沉底特性 电泳槽中的含固体分在10%左右,颜料容易沉底,因此须不断将槽中的漆料打循环以保持均匀状态.有些相对密度较大的颜料,如碱式硅铬酸铅和铬酸锶,及较难分散的颜料就容易产生沉底.调整颜基比可以减少沉底的倾向,如颜料和基料的比例一般不能大于2:1.在电泳漆配方中加入一些白土或0.75%的乙氧基脂肪胺及非离子型表面活性剂可以改进产生沉底的弊病. 3. 颜料的水溶性盐含量 可溶性钡,钙,锌盐容易同水溶性树脂反应,而引起粘度上升,影响槽内漆内漆料的稳定性,所以对颜料的水溶盐含量应符合规定. 4. 颜料对碱性介质的稳定性 电泳槽中的物料pH值在7.5 9.0之间,颜料中如含有残余酸就易在碱性介质中被中和,往往对电泳槽物料的稳定性产生有害的影响.此外有些颜料会同碱性物质起反应,在选用颜料时应注意此因素. 常用的电泳漆颜料有钛白,炭黑,氧化铁红,氧化铁黑,氧化铁黄,酞菁蓝,酞菁绿,氧化铬绿,铬黄,耐晒黄,偶氮红BON,铝粉,以及防锈颜料:碱式硅铬酸铅,铬酸锶,铬酸钡,偏硼酸钡,锌粉磷酸锌,和重品石粉,滑石粉,白土,石英粉等填料. 二,防火漆中的应用 防火漆有阻燃性,其中含有一些阻燃性的颜料,最重要的是锑白.三氧化二锑白与卤化有机化合物配合,在加热时会产生4楼一种氧卤化锑,能隔绝氧而产生阻燃作用.有机卤化合物为氯化石蜡,氯化橡胶等,锑/卤的比例应控制适当.为了降低成本,又生产了一种氧化锑的包核颜料,成分为氧化锑和二氧化硅各50%,可节约氧化锑而不降低效果.有阻燃作用的颜料还有硼系颜料,如偏硼酸钡,硼酸锌,以及磷酸盐类. 三,耐高温漆中的应用 耐高温树脂的出现,如有机硅,有机氟及聚碳酸酯等,使得配制耐高温漆成为可能.如选不耐高温的颜料着色,在高温使用环境中必将完全变色而失效. 耐高温颜料能胜任高温的使用条件.这类颜料几乎全部是无机颜料,大部分是经高温煅烧制成,品种有钛白,氧化锌,锑白,氧化铁红,镉红,镉黄,群青,钴蓝,氧化铬绿,炭黑,石墨,铝粉,锌粉,不锈钢粉,铜合金粉等. 四,荧光漆中的应用 荧光漆中用的颜料是荧光颜料.由于荧光颜料本身含有树脂,所以在涂料中应慎用强溶剂,如酮类和酯类,以防颜料被溶解而损坏荧光效果,大部分荧光颜料的的耐旋光性要依靠紫外吸收剂来提高,如配合适当可以提高耐旋光性. 第三节 粉末涂料用填料 一,概述 粉末涂料与水性涂料,高固分涂料并称环境友好型涂料,近年来得到迅速发展.粉末涂料目前已有聚酯型,环氧型,环氧-聚酯型,丙烯酸型,聚氨酯型以及聚乙烯,聚氯乙烯,尼龙,聚氟乙烯等十几个品种,其成膜物质品种繁多,性能各异,但各类粉末涂料所采用的填料基本一致,且随着涂料生产和应用的不断发展,对粉末涂料填料的研究也占据越来越重要的位置. 粉末涂料的填料一般是白色或无色的超细粉粒状惰性材料,没有或有较小的着色力和遮盖力.用于粉末涂料的填料可以增加粉末涂料PVC值以降低成本,粉末涂料产品总成本中,原材料费用约占80%左右,尽可能降低原材料费用,能使总成本显著下降,当售价不变时,给企业带来较大效益.因此,粉末涂料填料是在保证使用性能要求的前提下降低粉末涂料成本的最有效途径. 除可使粉末涂料某些性能得以改善外,粉末涂料的填料还可以改善粉末涂料的涂膜及施工性能,如可提高粉末涂料贮存稳定性,耐磨性,耐热性,耐化学性和边缘覆盖性能.因此,粉末涂料的填料是提高产品技术含量,增加其附加值,调整粉末涂料行业品种结构,增加企业经济效益最常用的途径. 二,粉末涂料填料的性质 1. 外形特征 填料以颗粒状形态存在,形态一般不十分规则.但不同填料外形有着明显差别,如方解石,硅石,重晶石呈块状或短柱形,高岭土,云母,滑石,石墨呈现片状,硅灰石呈纤维状. 2. 粒径 粉末涂料用填料的粒径根据具体需要而定,一般来说填料颗粒粒径越小,性能越好,但颗粒越细加工费用也越高,所以粉末涂料成本相应也越高. 填料粒径的测量可用过筛法(325目以上),也可以用带微米刻度的光学显微镜,近年来较多使用粒度分析测试仪来测量填料的粒径及分布范围. 3. 密度 堆砌在一起的填料中间存在空隙,所以通常观察的是它们的表观密度.而在粉末涂料产品中,填料颗粒均匀的分散在树脂中,对颗粒带来影响的是填料的真密度.如不同轻质碳酸钙的真密度相近,但表观密度相差很大.通常在粉末涂料配方中,密度大的填料填充时PVC值相应较小,因而粉末涂料涂膜光泽相应也越高. 4. 吸油量 一般填料的吸油量对粉末涂料涂膜表面性能,流平性能和机械性能有一定的影响,如填料吸油量越高,填充粉末涂料涂膜流平性和冲击强度越差. 5. 硬度 硬度高的填料可提高粉末涂料的耐磨性,但同时会对挤出机的螺杆,螺筒等加工设备造成磨损.填料硬度常用莫氏硬度表示,石墨0.5 1,滑石粉2,高岭土2,方解石3,重晶石3.3,硅灰石5,石英粉7.加入硬度较低的石墨,滑石粉等可降低粉末涂料涂膜抗划伤性能. 6. 白度 除特殊要求外,粉末涂料的生产都希望填料本身是无色或是白色的.而无色填料很少,所以要求填料白度越高越好.如滑5楼石粉白度一般在80 90%,重质碳酸钙可达90%以上,轻质碳酸钙,沉淀硫酸钡可达95%以上. 7. 光学性质 如果填料的折射率是单一的,并且与树脂折射率相近,而且填料与树脂结合良好,则粉末涂料具有较好的透明性.有的填料晶体有两个或两个以上的折射率,尽管其平均折射率与树脂的折射率相近,但不能保持粉末涂料具有透明性,通常使粉末涂料显灰色.填料的折射率与树脂的折射率差异越大,则对粉末透明性的影响越大,即具有更明显遮光效果.方解石粉两个折射率为1.658和1.486,平均折射率为1.66;石英两个折射率为1.553和1.544;氧化锌为1.79;氧化铝为2.01;金红石型二氧化钛为2.52;树脂折射率通常在1.50左右.填料的热性能,电性能,磁性能,热化学性能对一般粉末涂料影响不大. 三,常用粉末涂料填料 按填料的化学组成可分为氧化物,盐,单质和有机物四大类,按作用可分为普通填料和功能性填料,按填料几何形状可分为球形,块状,片状,纤维状等. 1. 碳酸钙 轻质碳酸钙是将石灰石煅烧得到氧化钙后制成氢氧化钙,再与煅烧出的二氧化碳反应生成沉淀碳酸钙,再经过滤,烘干,粉碎,筛选,成为成品.轻质碳酸钙纯度在98%以上,平均粒度在3 m以下,白度较重质碳酸钙高,密度为2.71 g/cm3,折射率为1.48,吸油量可达28 58%,在粉末涂料中不宜进行过多的填充.为了减少碳酸钙颗粒的凝聚作用,降低颗粒表面能,往往对填料表面进行改性处理,通常把经过表面处理的碳酸钙称为活性碳酸钙. 重质碳酸钙是将天然碳酸钙矿石,如方解石,石灰石,白云石,经筛选破碎,再分级而成.重质碳酸钙的主要成分为碳酸钙,往往还含有碳酸镁,二氧化硅,三氧化二铝,铁,磷,硫等,密度为2.71 g/cm3,折射率为1.65,吸油量为10 25%,纯度相对较低,吸油量也较低,一般用于质量相对不高的粉末涂料之中.随着超细粉碎技术的发展,重质碳酸钙将越来越广泛地被采用. 2. 硫酸钡 (1) 沉淀硫酸钡 在可溶性钡盐如氯化钡中添加硫酸钡溶液,得到的沉淀经水洗,过滤,烘干,粉碎,筛分后成为产品.沉淀硫酸钡质地细腻,白度高,耐酸,碱,光,热和化学性能高.沉淀硫酸钡密度为4.35 g/cm3,吸油量为10 15%,折射率为1.64.制成粉末涂料涂膜光泽高,流平性好,是目前粉末涂料用量最大的品种.沉淀硫酸钡粒径小而均匀,流动性好,一般用于较高档粉末涂料产品. (2) 重晶石粉 天然重晶石矿石经破碎,水洗,干燥,筛分后成为产品.天然产品纯度相对较低,在85 95%之间,密度为4.47 g/cm3,折射率为1.64,吸油量为6 12%,其粒度分布宽,可用于低成本粉末涂料. 3. 二氧化硅 (1) 气相二氧化硅 又名白炭黑,由四氯化硅在氢气氧气流中于高温下水解制成.外观为白色松散粉末,密度为2.2 g/cm3,折射率为1.45,粒度范围在0.004 0.17 m,吸油量达280,能有效地增加粉末涂料产品松散度和贮存稳定性,还可以增加涂膜边缘覆盖性能.用量过大时会由于触变性过大而影响流平.气相二氧化硅也可用于生产砂纹粉末涂料. (2) 沉淀二氧化硅 由水玻璃溶液加碳酸,沉淀出二氧化硅,再经水洗,过滤,干燥,粉碎而成.密度为2 g/cm3.折射率为1.46,吸油量为120 160%.填充粉末涂料中作用与气相二氧化硅相似,价格较气相二氧化硅低. (3) 石英粉 由石英石研磨而成,密度为2.65 g/cm3,折射率为1.54 1.55,吸油量为29 31%.耐磨,硬度较大,用于有特殊要求的产品.在生产时粉碎较困难,会对机筒,螺杆等设备造成磨损. 4. 硅酸盐类 (1) 滑石粉 主要成分为水合硅酸镁,通常呈片状结构.由天然滑石,皂石矿石经挑选,破碎,研磨后得到成品.密度为2.85g/cm3,折射率为1.59,吸油量为15 35%.滑石粉价格便宜,耐化学药品性,耐热性能好.填充粉末涂料成膜熔融流动时阻力较大,填充少量可有效的改善边缘覆盖性能和漆膜的刚性,填充10%以上有明显消光作用,并造成流平性下降,因而常用于美术皱纹粉6楼末涂料. (2) 高岭土 主要成分为水合硅酸铝.由天然粘土经破碎,水漂,干燥后而成.高岭土质地松软,密度为2.6 g/cm3,折射率为1.56,吸油量为30 50%.高岭土易结团,贮存使用时应注意防潮,粉末涂料用高岭土多为煅烧产品.超细高岭土有轻微的消光效应,并有一定的防结块作用. (3) 硅灰石 主要成分为硅酸钙.粉末涂料一般采用天然硅灰石粉,由天然硅灰石加工制成.密度为2.9 g/cm3,折射率为1.63,吸油量为30 50%.因具有良好的导电性,常用于环氧绝缘粉末涂料.硅灰石为白色针状结构,可以改善粉末涂料的弯曲和拉伸性能. (4) 云母粉 由云母直接加工制成,是一种含Al,Mg的硅酸盐,密度为2.76 3 g/cm3,折射率为1.59,吸油量为40 70%.粉末涂料中应使用325目以下的超细云母粉.云母粉具有优良的耐热性,耐化学性与高绝缘性能,常与绝缘性能良好的环氧树脂等配用以制造绝缘粉末涂料.云母粉在800高温下性质不变,可与有机硅树脂配合制造耐高温粉末涂料. 四,粉末涂料填料进展 1. 填料表面处理 粉末涂料填料都具有极性,而粉末涂料树脂极性极小,会造成两者之间兼容性不好,对粉末涂料加工和涂料性能带来不良影响.因此,通常需要对无机填料进行物理方法(表面包覆和表面吸附)或化学方法(表面取代,水解,聚合和接技等)处理,使聚集体的颗粒直径明显减少或使体系的流动性得以改良,改进涂料的加工性能,表观质量(如光泽,色泽鲜艳度等)和机械强度. 填料表面处理剂有硅烷,钛酸酯,铝酸锆,铬络合物及脂肪酸等.一般酸性填料应使用碱性官能偶联剂,而碱性涂料选含酸性官能团的偶联剂,含硅的无机填料宜选用硅烷偶联剂,含钙,钡的无机填料则最好选用钛酸酯偶联剂. 以下给出环氧和环氧聚酯粉末涂料中,粉末涂料填料用普通轻质碳酸钙的表面处理工艺.在高速混合机中加入定量的普通轻质碳酸钙填料,于高速搅拌下逐渐加入或喷雾加入计量的钛酸酯和硬脂酸酯偶联剂,必要时升温至一定温度,混合均匀后即可出料.使用钛酸酯和硬脂酸表面处理后,可使普通轻质碳酸钙的平均粒径从2.5 m降为1 1.4 m,并使碳酸钙用量增加20 50%,具有良好的机械强度. 2. 填料微细化 传统上将能通过625目( 20 m)和1250目(10 m),甚至能通过2500目( 5 m)的填料称为微细化填料.粉末涂料树脂与填料比一定时,理论上填料粒径越小,涂膜表面性能,机械性能越好.若填料粒径降到与钛白粒径相近的水平(0.2 0.5 m),能够将配方中产生的附聚钛隔离开来,形成更多的有效分散中心,提高钛白粉的遮盖力,这就是微细化填料的空间位隔原理.同样,微细化填料也可以降低颜料的用量.近年来,因气流粉碎工艺的成熟以及分级技术的进步,微细化填料的性能得以不断提高,成本逐渐降低,并因钛白粉等颜料涨价的原因,微细化填料被广大粉末涂料生产厂家广泛采用. 微细化碳酸钙对粉末涂料有独特的影响,用粒径不同的碳酸钙可以制出光泽不同的粉末涂料涂膜,在聚酯树脂/TGIC粉末涂料中碳酸钙按8填充,碳酸钙平均粒径0.9,2.5,5和20 m的粉末涂料涂膜60度光泽分别为93,81,73和65.微细化碳酸钙具有良好的分散性,可以改善粉末涂料的流动性并获得高光效果,能替代硫酸钡,特别是对重金属钡有限制的场合. 3. 填料纳米技术 当填料的细度达到1 100 nm时,称为纳米填料.纳米材料具有传统固体所不具备的许多特殊性质,如体积效应,表面效应,量子尺寸效应,宏观量子隧道效应和介电限域效应等,使得纳米材料具有特殊的光学性质,光催化性质,光电化学性质,化学反应性质,化学反应动力学性质和特殊的物理机械性质. 最常用的纳米材料是纳米二氧化硅,纳米二氧化钛和纳米碳酸钙.据报道,纳米二氧化钛具有透明性,能提高涂料的机械性能和紫外线吸收性,应用于汽车罩光清漆,能使粉末涂料耐候性有显著的提高.由于钠米材料是非常细小的颗粒,表面活性7楼相当高,很容易团聚,絮凝,所以纳米填料的表面处理,添加方法和分散设备的选择,纳米材料在粉末涂料中的添加量以及如何分散到基料树脂之中,是纳米材料在粉末涂料中应用的关键. 4. 粉末涂料填料功能化 功能化粉末涂料发展的方向是改进粉末涂料某些方面的物理,化学,力学性能,或赋予粉末涂料全新的功能.例如高岭土,硅灰石粉,用于生产电绝缘性粉末涂料,既可降低粉末涂料成本,又可以提高电绝缘性.氢氧化铝和氢氧化镁具有阻燃作用,可以制成阻燃性粉末涂料,还可以控制流变性,改进附着力,控制光泽,提高遮盖力等.因此,粉末涂料用填料应从单纯降低成本转向其它功能性研究,开发出更多性能优异,价格低廉的新型填料,满足粉末涂料不断发展的需要. 第四节 纳米硅酸铝的制备方法及在涂料中的应用 涂料的发展趋势是向高固体,水性化,粉末化方向发展,而建筑涂料率先走在了其它涂料的前列,其水性化达到了70%以上.建筑涂料主要分为溶剂型涂料,水性涂料,粉末涂料.水性涂料是目前产量和需求量均占首位的新型涂料,其毒性小,无火灾危险性,涂装简便,安全卫生.上述优点促进了其在建筑业的广泛应用.煅烧高岭土因具有白度高和光散射性能好等特点,在涂料工业中已获得了广泛应用.由于获取含铁量低的优质高岭土越来越困难,故目前不得不采用水洗-漂白工艺来提纯,对生态环境和水资源破坏较大.纳米硅酸铝是一种合成高岭土,由于其纯度高,悬浮稳定性,光散射性及其它性能俱佳,是一种优质的水性涂料,该产品一经问世便受到业内人士的青睐. 本节拟探讨纳米硅酸铝的制备方法,特性及其在建筑涂料中的应用. 一,纳米硅酸铝制备方法 1. 纳米硅酸铝的生产流程 采用偏铝酸钠(铝土矿的碱溶出物)与酸性硅溶胶(泡花碱的酸化脱钠产物)经中和,沉淀,干燥后得到结晶硅酸铝,再加入矿化剂,经1200高温煅烧后得到无水硅酸铝,最后加入助磨剂经超细粉碎,分级而得到本产品. 2. 纳米硅酸铝的结构特性讨论 (1) 结构特性 由于Si4+和Al3+具有相似的离子半径,在硅氧四面体SiO4中,Si4+被Al3+取代而生成含AlO4四面体的铝硅酸盐.用X代表Si和Al,则铝硅酸盐的结构可简化为XO4四面体结构.在生产中控制Al3+的含量,使Al3+与Si4+的物质的量之比为1:1时,XO4四面体通过共享氧原子而形成层状结构.具有类似SP2杂化轨道平面结构的铝硅酸盐,层间由范德华力结合,这与自然界中天然白云母矿(K2O3Al2O36SiO22H2O)的层状结构相似.白云母矿中,Al3+与Si4+的物质量之比正好是1:1. 纳米硅酸铝的光散射性能好,与其片状表面有很高的光泽有关,这也和天然白云母矿的高光泽性相似.准确控制Al3+的含量,有利于提高产品光散射系数. (2) 煅烧温度影响 影响硅酸铝超细分散的煅烧因素有煅烧温度和持续煅烧时间,温度高于600时,硅酸铝晶格中的羟基以水蒸汽的形式流失,即发生脱羟基反应,生成无水硅酸铝.当煅烧温度达1200时,无水硅酸铝由无定形结构转变为玻璃态结构,经超细分散,不会发生二次团聚,有利于制备纳米材料.在生产中采用行星磨和超微细分级机并加入助磨剂,制得了对可见光漫反射性能良好的纳米材料,其平均直径为50 nm,而控制煅烧温度,有利于晶型转变和制备纳米材料. (3) 纳米硅酸铝的悬浮功能 在1200持续煅烧60 min,可形成分子筛状的多孔性产品,这种孔内藏有大量空气的纳米材料能悬浮于水中,并有很高的白度. 如下为简单的悬浮实验过程.称取纳米硅酸铝,钛白粉和碳酸钙各2 g,分别投入3只250 ml的烧杯中,加相同量的水搅拌均匀,进行观察.结果表明钛白粉和硅酸铝的不透明度最高,碳酸钙呈半透明状;5 min后,钛白粉和碳酸钙沉降于烧杯底部,而硅酸铝在几小时内始终悬浮在水中.实验证明纳米硅酸铝是具有悬浮功能的水性涂料填料,产品的悬浮性可通过控制煅8楼烧时间来提高. (4) 矿化剂在煅烧中的作用 纳米硅酸铝的合成通过固相反应实现,矿化剂是为了促进铝硅酸盐固相反应效果而加入的添加剂.矿化剂促进了产物的相变和晶格构造,其作用是与反应物在煅烧时形成固溶胶,使反应物晶格活化,有利于产物向类似白云母矿的层状晶型转化.在生产中加入硼砂(Na2B4O710H2O),矿化效果很好.但是应当指出,少量的矿化剂有利于矿化反应,而矿化剂用量过多时,不仅增加了成本,而且增大了离子扩散传质路程,减缓固相反应的速度,并使产品严重结块,难以制成纳米材料. 二,纳米硅酸铝在乳胶漆中的应用 按国家标准GB/T 9755-1996合成树脂乳液外墙涂料一等品耐洗刷性应大于1000次的要求及GB/T 9756-1996合成树脂液内墙涂料一等品耐洗刷性应大于300次的要求,按颜料/基料比为4:1进行内墙涂料配方实验,性能对比见表12-5. 目前对纳米颗粒材料的研究方法比较多,较直接的方法有电镜观测,包括扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),扫描穿透式电子显微镜(STEM),扫描隧道显微镜(STM)等,间接方法有电子衍射,X-射线衍射法(XRD),中子衍射,光谱方法有扩展X-射线吸收精细结构(EXAFS),近边缘X射线吸收精细结构(NEXAFS),表面X射线吸收微细结构(SEXAFS),电子自旋共振(ESR),核磁共振(NMR),红外光谱(IR),拉曼光谱,紫外可见分光光度法(UV-VIS),荧光光谱正电子淹没,动态激光光散射(DLS)等. 表12-5 乳胶漆颜料配比与涂料性能 配比与性能 配方1 配方2 配方3 配方4 配方5 钛白粉(%) 60 40 40 50 40 碳酸钙(%) 40 60 / / 20 硅酸铝(%) / / 60 50 40 贮存性 搅拌后均匀 搅拌后均匀 均匀 均匀 搅拌后均匀 遮盖力(g/m2) 250 320 260 250 270 涂膜外观 平整 平整 光洁平整 光洁平整 光洁平整 亮度对比率(%) 92 78 90 92 88 耐洗刷性(内墙) 300 300 800 700 600 三,结语 作为一种新的纳米材料的制备方法,微乳反应器法具有实验装置简单,操作方便,应用领域广,并且有可能控制微粒的粒度等优点.目前该方法逐渐引起了人们的重视和极大的兴趣,有关微乳体系的研究日益增多,但还处于较初步的阶段,微乳反应器内的反应原理,反应动力学,热力学及化学工程等问题都有待解决.但是我们相信,微乳化技术作为一种新的制备纳米材料的技术,必将成为该领域不可替代的一部分. 第五节 色漆制造及通用色浆 色漆是一种含有颜料的涂料,涂膜具有不透明性(采用透明颜料时仍具有透明性),具有保护,装饰或其它特殊功能.色漆目前是涂料产品中最主要的一类涂料,它与清漆的主要区别在于色漆中含有分散稳定的颜料.按用途分类,色漆的品种可达几万种,甚至更多,但其生产配制原理却基本上是一致的,即色漆是一个固体粉末状的颜料,液体树脂基料和溶剂,及少数助剂的多相混合物.该体系中相界面非常多,各组成物彼此间的相互作用也十分复杂,其生产工艺决不是颜料和漆料的简单混合搅拌,必须通过有效的加工,将颜料分散在漆料中,形成以颜料为分散相(不连续相),以漆料为连续相的非均相分散体系.由于该体系存在复杂的非均相因素,因此在生产过程中自始至终保持颜料的良好分散状态是色漆生产的关键. 一般色漆都含有多种不同颜色的颜料才能配出客户所需要的准确颜色,为了使多种颜料能均匀地分散在色漆中,生产时可采用下列几种不同的工艺方式. 一,多种颜料混合磨浆法 这种方法是最早使用的一种复式颜料研磨方法,将色漆配方中使用的所有颜料一起混合,用砂磨机或其它有效的研磨分散设备进行研磨分散制得漆浆,然后再补加漆料(树脂),溶剂和助剂,可直接制成色漆. 这种方法生产色漆看上去似乎十分简便,一次即可获得所需要的颜色的色漆,但实际上往往事倍功半.众所周知,色漆的颜色往往是客户关心的最直接的一项指标要求.用这种方法生产出的色漆仅凭颜料的配比(往往是一种经验数据)设计投料生9楼产,是不可能获得颜色准确的色漆的;其次,由于各种颜料的结构特性的差异有时十分悬殊,在研磨分散时,对基料的吸附能力不同,造成各种颜料不能被充分地分散在漆料中,从而不能发挥各种颜料的最佳性能,降低颜料分散效率.即使使用了颜料分散剂,也得不到充分利用,更谈不上对涂料流变性的控制.因此,用这种方法制备出的涂料往往光泽低,色泽不鲜艳,而且很容易出现许多涂膜弊病,如发花,浮色,缩孔,返粗等.但是,由于该方法具有设备利用率高,辅助装置少等优点,因此,在我国往往被用来生产底漆或单色漆,或对颜色准确性要求不高的一些防腐涂料和维护涂料. 此方法的主要问题是研磨分散效率低,生产能力小,调换品种,花色时清洗设备工作量大,在原材料波动时或生产计划调整时,容易影响质量.更重要的是色漆的批次颜色波动很大,给调色工作带来极大的难度,每批产品之间的色差大,对于要求颜色准确度高的客户极易造成退货,造成仓库积压,资金积压,影响整个企业的正常运转.同时,在烦多的生产,配漆,调色等工序中也会造成较多的涂料,原材料的浪费,进一步增加成本,影响效益. 二,单颜料磨浆法 此方法比上一方法有所改进,对每一种颜料单独磨浆制成单色颜料浓浆,然后在调色制漆时根据配方调入各种单色色浆,再加入树脂,溶剂和各种助剂制成所需颜色的色漆.这一方法由于每种颜料单独研磨分散,因此可根据每一种颜料的特点选择最佳的研磨设备和工艺条件,也可分别采用不同类型的润湿剂和分散剂等助剂,使各种颜料(包括有机或无机颜料)能充分稳定地分散在同一种色漆基料树脂中,最大限度地发挥各种颜料的最佳性能. 这种方法目前在国内使用的最为广泛,无论是水性乳胶漆或工业涂料,绝大部分均是采用这种方法来生产.有少数生产厂家在此基础上加上电脑配色仪,使用用户自行建立的颜色数据库,对客户给出的颜色样板用色库中的数据提供颜料配方(包括价格选用配方),然后配方设计人员即可根据此颜料配方建立色浆-树脂-溶剂-助剂的最终配漆配方.用这一方法制得的色漆准确性比第一种方法要提高很多,在国内也被多数生产商所接受,因此,无论是在大企业还是乡镇企业,看到的色漆生产工艺均属此类.人们的注意力集中在如何生产出优质稳定的单色色浆,特别是近年来大量的国外分散助剂涌入国内市场,涂料生产企业纷纷紧跟,使用高质量的颜料分散剂后,提高了色漆质量,特别是在增强装饰性色漆的质量,包括色泽,光泽,减少涂膜弊病等方面起到了巨大的推动作用. 但是,在上述这些优点和注意力的背后,人们似乎还忽视了一些第二种色漆生产工艺存在的一些固有问题.首先是只重视每种单色色漆的制备工艺,而忽视了各种色浆在配漆时相互之间的配套性,特别是流变性的配套往往被忽视.其次,每种色浆都必须使用生产此种色漆所需的树脂进行研磨分散,造成色浆使用的单一性,不具备通用性.在同一工厂中如果有几十个不同树脂基料的数百种色漆品种,则需要有几百种不同的色浆(即使是同一种颜色),生产复杂性增加,库存量增加,流动资金增加;同时需要设置大量的单颜料浆贮罐,设备及制品占用量增大.有时,在一些生产只有几个不同树脂基料的数十个不同颜色的生产厂的车间里,就显得十分杂乱,复杂,带来管理上很多的麻烦.另外,在制备和使用这类色浆时,往往是采用重量计量法,与国际上通用的体积计量有差距,也无法实现体积计量的电脑调色.最后,此种方法生产色漆时,由于涉及到各单色色浆的制备,然后再进行配漆和调色,工艺复杂,极易造成涂料及其它成分的浪费.单色色浆通常只能用在工厂生产色漆,而不可能实现在远离工厂处,如零售商店或仓库等地方进行调色,生产时间较长,对一些时间要求很短的订单,往往只能望洋兴叹,无能为力. 三,调色用通用色浆 第三种方法即最为现代化的调色用通用色浆.使用这种方法生产色漆时,只需要在工厂自行生产的基础漆(白漆用作浅色10楼色漆的基础漆,清漆用作深色色漆的基础漆)中用电脑配色后,用调色机直接按体积计量调入色漆中,再混匀后即可交货.使用这一技术生产色漆的前提是色浆由专门制造商生产,它们可提供一整套各种不同颜色的通用色浆,色浆中所采用的树脂与常用的多种树脂,如醇酸,丙烯酸,环氧,聚酯等,均具有良好的相溶性.因此,可以大大地减少生产多种花色品种时需要的大量色浆数目,同一种颜色,不同树脂体系的色漆仅需一种或数种色浆即可制备出来. 通用色浆的另一突出优点是自成一个体系.世界上几大生产通用色浆的专业公司,特别是芬兰的Tikkurila,从生产通用色浆,电脑配色软件开发,调色机以及混合机等,形成一体化的配套体系供应涂料生产厂使用.涂料公司在生产色漆时,自身仅需生产几种基础漆,然后用该公司提供的调色系统将色浆调入基础漆中,即可生产出颜色准确的色漆. 调色系统采用的通用色浆还有一个特点是各种颜色色浆之间的配套性已由色浆生产厂设计完善,也就是说,这些色浆之间的配套性绝对不会出现任何问题.尽管有些色浆的颜料体积浓度并不是最高,但正是由于考虑到与其它色浆和基础漆之间的配套性,其展色性,流变性,耐候性,质量稳定性,颜色批次恒定性,色浆的干性,对输送原体的磨损等方面均已周详地由供应商优化设计. 在生产色漆时,采用现代调色技术和通用色浆后,涂料生产厂仅需十几种色浆,配上几种基础漆,就可以完全按照客户的要求,生产出颜色十分准确(颜色准确性可达dE 0.7)的色漆,大幅度降低了生产的复杂性,简化了生产工艺,节约操作费用,同时可极大程度地减少库存色浆数量.由于其生产周期极快,可在数日,甚至数小时内为客户供货,大大降低成品在仓库的积压,减少流动资金的占用,可大幅度的提高生产效益和为客户提供十分满意的服务. 现代调色技术生产色漆,由于将生产色浆和生产色漆分离,就可以做到在远离工厂的地方进行调色,涂料生产厂仅需生产1 2种基础漆,从而可快速,简便地为客户直接提供色漆,这种调色有时仅需几分钟即可完成.配合完备的色卡体系样板,客户可随心所欲地选择到喜爱的,颜色准确的色漆.一旦调色工作结束后,无需多次重复,即可达到要求的颜色. 总之,现代调色技术生产色漆,既能最大限度地满足市场对各种颜色的要求,又大量减少了色漆生产中的繁锁性和复杂性,可以合理组织生产,保证质量,提高劳动生产率.采用整套通用色浆,获得的颜色纯正,颜料得到充分的分散,着色力得到充分发挥,达到相同颜色时颜料的用量减少,经济上合理.此方法采用了延时调色工艺,即在成品漆(基础漆)中加入通用色浆进行调色,在改变颜色时不会造成组分上的根本变化,也不会影响颜基比或出现催干剂和交联剂用量的调整等问题,极大地方便了工业化再生产的调色过程,而且使远离工厂调色成为可能.通用色浆的采用还可大幅度减少工厂色浆库存.通用色浆的专门化生产,无疑又使涂料色漆生产的分工更趋合理,使色漆的生产方式从小而全向专业化生产过度,分工方式的改变对提高劳动生产率,合理化组织生产,合理利用资源和保证产品质量均有着深远的意义. 第六节 高品质通用色浆及其应用 所谓高品质通用色浆是指颜色,色强,流变性经过严格控制的浓缩颜料浆,在质量上具有完整的质量要求体系,有较高的耐候性,可体积注入,能够适用于调色系统及其颜色管理软件.通用色浆与国内市场常见的液体颜料有严格的区别. 通用色浆及相应的调色技术,不仅适用于工厂中批量生产的调色,更便于在涂料包装桶中的调色.简化了彩色涂料的生产工艺,避免反复调色的烦恼,提高了调色师及生产装置的工作效率,是最经济的颜色混配方法.尤其是对中小订单的彩色涂料,能够准确地按照涂料用户要求的数量生产,避免反复调色造成的经济损失,能保证涂料颜色生产的准确性和重现性,因而在能11楼够满足涂料用户对丰富多彩的颜色需求的同时,提高了为涂料服务的质量水平,增强了涂料生产厂的竞争力.这些特点均建立在色浆的高品质和通用性的基础上. 以芬兰Tikkurila生产的高品质通用色浆为例,该公司通用色浆分为两大类,多彩(Monicolor)建筑装饰漆用系列色浆和得玛(Temacolor)工业漆用系列色浆.因质量高,稳定性强,通用性好,可满足各种乳胶漆,水性工业涂料及各类溶剂型工业漆调色的需求.多彩(Monicolor)建筑装饰漆用色浆中不含任何树脂,适用于乳胶漆,长油度醇酸漆,水性工业漆.得玛(Temacolor)工业漆用标准色浆中不含铅,适用于各种醇酸漆,环氧酯涂料,环氧涂料,聚氨酯涂料,烘烤型涂料,酸催化涂料,乙烯类涂料,改性硝基类涂料等. 通用色浆的重要品质之一是通用性.色浆的通用性指的是能够与大多数涂料体系有良好的混溶性与着色性,对涂料的原有性能指标无不良影响.如果单一的色浆只适用于某一类型的产品,质量即使再好,经济优势也无法完整体现.良好的混溶性是决定能否采用色浆的前提,在此基础上能够与绝大多数产品相混溶,才能够尽善尽美地发挥色浆乃至最终达到使用调色系统降低涂料生产厂的原材料库存,减少流动资金占用,便于生产管理,降低科研开发费用,缩短开发周期,消除产品间与批次间的条件等色等诸多的优越性.色浆具备良好的着色性才能够极大地发挥色浆中颜料的作用,达到相同颜色和色强度时色浆用量少,遮盖力最强. 高品质通用色浆不是简单的将颜料液态化,与液体颜料在品质和性能等方面有很大区别.液体颜料由于选料随机性大,质量稳定性经常受到限制,颜色长期一致性无法保证,调色时颜色须多次反复校正,很容易产生条件等色,易褪色等缺陷.质量无法保证,且不适用于体积注入调色系统.Tikkurila生产的高品质通用色浆,不但解决了上述问题,而且可在最少的基础漆库存的前提下,综合设计色浆和基础漆的数量,以获得最多的颜色配方. 每种色浆的色强度尽管不一定是最强的,但却是优化的,不仅考