粉末涂料中颜料、填料的选择

摘要：本文详细介绍了有机颜料、无机颜料、金属粉颜料、功能颜料等在粉末涂料中的应用以及颜料产品的技术参数。1 概论适用于粉末涂料的颜料按其性能和作用大致可分为：着色颜料金属颜料功能颜料体质颜料等四大类。它们是粉末涂料的重要组成部分，赋予涂层绚丽多彩的色泽改进涂料的机械化学性能或降低涂料的成本等。着色颜料分为有机和无机两大类，几乎能涵盖所有的色相体系。金属颜料主要包括浮型和非浮型铝粉各种色调的铜金粉和珠光颜料金属镍粉和不锈钢粉等。功能颜料主要包括荧光颜料夜光颜料耐高温颜料导电颜料等。体质颜料广义地讲有钛白粉（锐钛型和金红石型）碳酸钙（轻质和重质等）硫酸钡（沉淀型和天然重晶石型）滑石粉膨润土石英粉等。配制高质量的粉末涂料离不开选择高质量的颜填料。颜填料对粉末性能的影响见表1。 2 颜填料选择的一些基本原则2.1 颜料的选择 颜料种类繁多，性能不一，并非什么颜料都能用在粉末涂料中。粉末涂料由于自身的工艺特殊性，选择颜料时应注意以下几点。 颜料分散性要好，最佳分散粒度为0.20.9?m，不易结块。 颜料遮盖力和着色力要强。 热稳定性要好，至少需耐温160以上。 颜料要具备一定的耐光耐候性，如不易褪色，抗粉化，物理性能要持久。 颜料吸油量适中，抗渗色性要好。2.2 填料的选择在粉末涂料中加入一定量的填料可增加涂层的硬度等机械性能，并能降低成本，是调整粉末涂料成本的有效途径。粉末涂料中应用的填料主要是碳酸钙和硫酸钡，而像膨润土、滑石粉、石英粉等可看成功能性填料，总体用量非常少。根据生产工艺和原料等因素，碳酸钙可分为轻质碳酸钙和重质碳酸钙两类，这两类碳酸钙在粉末上都有应用。硫酸钡也有两类：沉淀型和重晶石型。前者为化学反应制成，后者由天然重晶石研磨而成。选择填料应注意的问题是：填料白度要高，可减少钛白粉的用量。杂质要少，考虑到粉末涂料的工艺特殊性，填料中杂质多将影响涂膜的表面装饰性（涂层表面颗粒多，流平差）。粒度过于粗的填料不要选用，因其不易分散，对螺杆有磨损。填料要松散，不能结块，含水量要低。3 调配色提示（1）习惯上色彩大体可分为红橙黄绿蓝紫、黑白等几大类。各颜色之间存在着一定的关系。我们可用三个参数来表征任何一个颜色，即色调饱和度和明度。色调是区别各个颜色的基本特性，决定于光源的光谱组成，及物体表面反射光波对人眼所产生的感觉，体现了颜色在“质”方面的特性。饱和度为颜色在“质”的基础上所表现出的彩色纯度，又称为“彩度”。明度是人眼对物体颜色明亮程度的感觉，每个人在判断上有差异。（2）红黄蓝是三原色，不能再分解。其它颜色都是由这三种颜色搭配而成的。（3）技术员在调色时须注意所要求的颜色属于哪一类，以哪种颜色为主色，并要考虑颜基比（PVC值）和颜料的遮盖力以及成本核算。有关这方面的内容将另文详述。4 各类颜料简述 4.1 着色颜料4.1.1 无机颜料 炭黑 炭黑为最重要的黑色颜料，由于生产工艺的不同，炭黑的色相着色力分散性都有很大的差别。主要有乙炔黑槽法炭黑灯黑等。炭黑具有良好的抗紫外线性能。适用于粉末涂料的炭黑推荐卡博特（Cabot）的REGAL 330R和日本三菱的MA-100，它们均是蓝相炭黑，色相纯正，典型数据可参考表2。氧化铁颜料这类颜料主要分为三类：铁黄铁红和铁黑（包括铁棕）。氧化铁颜料在粉末涂料中应用很普遍，价格低廉，无毒，易分散。这里列举德国拜耳和国内某厂的系列氧化铁颜料的基本性能参数（见表3和表4）。 铬系颜料主要包括铬黄钼铬红铬绿等三类。该类颜料色泽鲜艳，耐酸碱性能好，着色力强，易分散，在国内粉末界使用非常普遍。铬系颜料耐热性和耐候性较氧化铁系颜料差一些。铬黄按照色相，又可细分为柠檬黄淡铬黄中铬黄深铬黄桔铬黄等，应用较为普及的是柠檬黄和中铬黄。铬黄的基本性能见表5。各厂家生产的铬系颜料品质差异很大，需注意选择。用于粉末涂料的铬系颜料推荐采用上海铬黄颜料厂的产品，以及国外厂家如加拿大的DCC公司，德国巴斯夫和瑞士等的相关品种，但国外公司的产品价格较高。 群青，群青的化学名称等铝磺化硅酸钠，色相丰富，从粉红到紫色都有，耐热性良好，无迁移性，无毒，易分散。耐酸碱性差，户外粉一般不采用。国产群青的色相品种较少，鲜艳度低，着色力偏低。推荐采用英国HOLLIDAY公司的系列产品，如RS-05、RS-08和RS-32等牌号。这里顺便介绍该公司的锰紫，化学名焦磷酸锰铵，具有独特的颜色，色调柔和高雅，耐温可达250，无迁移性，耐光达78级，多用在白色粉末中。 其它无机颜料铁蓝，分子式：Fe4Fe（CN）63?XH2O。具有较好的综合性能，使用面不广。钛绿钛蓝都是钛酸盐，同时含有金属镍（Ni）锌（Zn）和铝（Al）。钛绿耐碱，耐热性差，一般用于户内场合。钛蓝性能尚可。它们的应用面不广。4.1.2 有机颜料 酞菁蓝酞菁类颜料。国内粉末厂多选用酞菁蓝BGS，属国标产品，色光为绿相蓝，晶体，有较好的分散性和着色力。 进口酞菁蓝建议采用巴斯夫的L7072D和L7090，或德国科莱恩的B2G。从综合性能和多年的使用实践看，国产酞菁蓝尚无满足粉末涂料的及其要求品种，绝大部分粉末厂多选用进口酞菁蓝加以弥补。要获得色相纯正的酞菁绿不易，国产酞菁绿大多呈黄相，主要供应商有上海染化一厂和上海染化十一厂江苏双乐化工安徽合雅化工等。进口酞菁绿，主要用于汽车品种，多推荐德国科莱恩瑞士汽巴德国巴斯夫以及日本的大日本油墨等公司的产品。聚酯型等粉末要求一定的耐候年限，应选择进口酞菁绿，质量才有保障。 有机黄主要是单双偶氮类颜料，品种很多，有永固黄联苯胺黄耐晒黄分散黄颜料黄等。除分散黄和颜料黄外，绝大多数有机黄的耐候性差，不宜用于户外耐久性的涂料（参见表10）。如没有特殊要求，这些颜料都可选用。科莱恩公司生产的该类产品，性能超群，可在耐候性粉末中选用，主要有HOSTAPERM黄 6GL，黄H6GH2GH3GHR70M2R70。国内颜料厂推荐杭州百合化工公司的产品，它们的部分黄颜料效果也较好。有机黄类颜料具有较高的吸油量，在粉末中使用量高时，易出现分散不良和渗色等弊端。调色时应注意。 有机红与有机黄一样，也有很多种类。常用的品种有永固红耐晒大红甲苯胺红等。选择有机红配制粉末涂料，必须考虑耐热性，许多有机红耐温只有120，无法满足粉末的生产和应用工艺要求。必须选择耐温180的品种。普通有机红不能应用于户外耐候的场合。其中有几个品种值得关注，如永固红F2RK和F5RK。它们是单偶氮的色酚AS系列颜料。红色纯净，流动性优良，遮盖力和着色力相当好，是世界范围内粉末涂料行业广泛采用的红色颜料。 有机橙品种较少，粉末涂料中用得也少。这里推荐科莱恩的几个产品：NOVOPERM橙H5G70，为单偶氮的苯并咪唑酮颜料，黄光橙，深色，具有卓越的耐光性，遮盖力和流动性好。NOVOPERM 橙HL，结构与上同。总体上各项性能优越。PERMANENT 橙RL70，与上同系列。从经济角度考虑，是替代钼铬红的最理想选择。遮盖力和流动性非常好。 有机紫重要的有机紫颜料有两类，即喹吖啶酮紫和永固紫，参见表11。 喹吖啶酮紫坚牢度优良，耐温性好，但价格高，难以普遍推广。永固紫颜色纯净，耐温性好，综合性能优良，在粉末中应用较普遍。4.3 金属粉颜料 4.3.1 铝粉分浮型和非浮型两大类。浮型铝粉金属感强，遮盖力高，粉末涂料中加入少量的铝粉即能完全覆盖涂层表面；非浮型铝粉的表面经过特殊包膜处理，主要体现金属闪烁效果。用电子显微镜观察，铝粉呈薄片状。在粉末涂料中，铝粉必须采用后混，且须温和搅拌。高速或强力搅拌将破坏铝粉尤其是浮型铝粉的片状结构，使其失去金属效果。含铝粉的粉末涂料不宜用于室外涂装，因为铝粉主要成份是金属铝，虽然非浮型铝粉经硅等材料包膜，但在自然曝晒的环境中，铝粉在光照和湿度等条件下，很快就会发生氧化等化学物理变化，表现为金属感减弱，涂膜发灰发暗，出现灰斑等。铝粉生产工艺也较特殊，虽然国内众多的铝粉厂曾相继推出一些铝粉新产品，以期进入粉末涂料市场，但经几年的跟踪调查，其质量表面效果和稳定性都无法与国外老牌企业相比，所以国内粉末厂无论大小，都尽量选用进口铝粉。国外著名的铝粉供应商有：德国爱卡和苏伦克，奥地利的班得鲁兹，美国的斯利伯拉恩等。常用的品牌有：爱卡的IV，V，X；苏伦克的PP1170和PP110等；班德鲁兹的AL7080和AL2081等。 4.3.2 铜金粉主要成分为铜，根据不同的色相要求掺加部分的锌和锡等。铜金粉色相丰富多彩，有古铜红金青红金纯金光柠檬光及品种。选用不同色相和粒度的铜金粉拼混入粉末中，可得到从丝柔到粗亮的效果。铜金粉色调柔和，古朴淡雅。铜金粉的主要成份皆为活泼金属，暴露于空气中易氧化，不宜用于户外耐候的场合；铝粉能耐温高达1000，而铜金粉恰相反，普通铜金粉耐温在180左右，而且在180下较长时间要变色发黑。许多厂家用二氧化硅包膜铜金粉，以期提高耐温性。4.3.3 珠光颜料 珠光颜料是在透明的云母片表面，牢固地包覆一层厚度严格控制的透明高折射率的金属氧化物膜（TiO2Fe2O3Cr2O3），依靠对光线的折射和透射来体现色相和光泽，再现自然界珍珠贝壳昆虫及金属所具有的优雅光泽和颜色。珠光颜料主要有银白彩虹金色三大系列（具体指标见附录）。应后混入粉末中，不能挤出，那样会破坏颜料的结构而失去珠光效果。珠光颜料在粉末中的添加量不宜超过2%，否则喷涂困难，颜料易堆积在枪口和枪管内，影响喷涂效率和质量。4.3.4 其它金属颜料 主要有不锈钢粉镍粉等，使用面很窄，且效果不突出，此处不作推荐。4.4 功能颜料 4.4.1夜光颜料为碱土金属铝酸盐系稀土蓄能发光材料，耐光性优异。在粉末涂料中添加量较大（10%），采用后混工艺。发光时间12h（参见常州华珠颜料公司的相关产品）。4.4.2 导电颜料 用得较多的是导电炭黑，平均粒径25nm，比表面积125200/g。现已开发出浅色导电颜料，为灰色粉末状，电阻率800，具有优异的耐候性。4.4.4 荧光颜料 用于制作荧光粉末涂料，应当选择耐温性好的荧光颜料，同时要考虑其分散性和着色力。目前能用于粉末涂料的荧光颜料主要有桃红色和绿色。4.5 体质颜料4.5.1 钛白粉是最好的白色颜料，由于使用量大而常归入体质颜料中。用于粉末涂为可有效地散射可见光而赋予涂膜白度（whiteness）亮度（brightness）和不透明度（opacity）。在苛刻的条件下依然具有化学惰性不可溶性和热稳定性。商用钛白粉通常有两种结晶形态，即锐钛型（Anatase）和金红石型（Rutile）。R型（金红石型）钛白粉在粉末中用得最多，它不是纯的钛白粉，大都经过沉淀或机械掺合氧化铝或二氧化硅，使其附着于钛白粉粒子表面，以改进性能，如遮盖力易分散性耐候性和抗褪色性。国内常用的钛白粉品种有镇江钛白粉厂的，甘肃华原核工的，杜邦公司的和，美联的和以及科美基的和等。为降低粉末涂料成本，在适当的场合，也可选用型（锐钛态型）钛白粉，但由此制成的粉末涂为不耐高温和光照，光泽也不稳定，必须充分考虑。4.5.2 其它白色颜料主要有立德粉硫化锌铅白氧化锌等。在粉末涂料中用得越来越少，它们与钛白粉性能的比较见表。2. 美联 RCL-575技术资料RCL-575采用氯化法生产，经氧化铝/有机物包膜处理，为金红石型二氧化钛颜料。主要物理性能见表14。3. 选用钛白粉时应考虑的几个问题3.1 分散性（Dispersion）颜料在库存或包装过程中所形成的结块（clumps），在分散和搅拌后能与树脂等其它成份混合均匀。良好的分散不仅可消除涂膜中出现的斑点（specks）和条纹（streaks），且可保证有最大的光散射率。3.2 耐候性 （Weatherability）涂膜暴露于自然环境中会产生劣化（degrade）。若含有足量的R型钛白粉，可有效地吸收具破坏性的紫外线，将其转化为热能而防止涂层降解。钛白粉本身会发生光化学反应，暴露于阳光中会催化某些有机树脂的氧化反应，导致涂层机械强度的减弱或丧失，涂层粉化（chalk）。粉化涂层包含了松散的钛白粉和由表面磨损留下的离解树脂。经铝和硅等无机物表面处理过的钛白粉能够减低这种劣化的程度。3.3 抗裂孔性（Lacing Resistance）裂孔现象（粉末涂料固化过程中偶而会出现的针孔现象）通常缘于小分子物质的挥发。经铝和硅等无机物表面处理的钛白粉通常可增加挥发物被吸收的数量。一些质量不佳的钛白粉在高温挤出时即出现裂孔。钛白粉如果储存不当，也会因吸收湿气而导致裂孔的出现。3.4 导电性（Electrical Properties）钛白粉是优良的绝缘体，具有高电阻系数和高介电强度，因此测量钛白粉的导电性没有意义。3.5