颜料技术结合了物理、化学和化学工程,提供的不仅仅是颜色,供应商正在突破界限,以满足行业需求。

显示了不同研磨尺寸的颜料。颗粒大小对漆膜的形貌至关重要。

消光剂

调整涂层光泽水平的最常用方法是使用被称为消光剂的特定扩展剂。选择应用,如办公家具需要哑光涂层而不是高光涂层,因为他们减少眩光和隐藏微小的表面缺陷和缺陷。国防飞机涂料也要求极低的光泽度,以避免视觉检测。影响消光效果的因素包括消光剂的特性(颗粒大小、颗粒数量、浓度、折射率、吸油值)、掺入工艺、分散水平、涂层厚度和采用的粘结剂体系。由于干燥和树脂交联过程中挥发性物质的损失,当涂层收缩时,消光剂通过产生微粗糙表面(图1和2)来提供低光泽。

市面上有几种不同的消光剂。沉淀二氧化硅和硅胶是合成二氧化硅的一种形式,由于它们的高吸油值(也导致触变性),是非常有效的消光剂。表面用蜡处理的二氧化硅提供了增强的悬浮性能。对于水性涂料,水合二氧化硅的加入消除了高速分散和除尘问题的需要,并促进了最终涂层的光泽度调整而不起泡。

颜料的粒径和形状影响涂料的性能。
硅藻土硅是一种天然的消光剂,由天然硅藻土加工而成。硅藻土是一种沉积岩,由称为硅藻的单细胞水生植物有机体的硅质骨骼化石组成。Pergopak是一种由聚甲基脲树脂衍生而来的有机消光剂,具有低密度、高吸油的特点。

扩展剂颗粒形状也影响光泽水平。例如,在相同的负载下,硅灰石,一种针状(针状)扩展剂,已被证明比球形扩展剂,如碳酸钙和硫酸钡,在粉末涂料中更有效地降低光泽。1

蜡用于改变涂料的表面特性,如光泽、防滑性和耐磨性,包括天然蜡(如蜂蜡、蒙檀蜡、巴西棕榈蜡)和合成蜡(如微化聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯)。在薄膜形成的过程中,蜡显示出漂浮的效果,并来到表面。薄膜的性能与颗粒大小有关,较大的颗粒提供更大的光泽降低,而较小的颗粒提供更好的感觉和平滑。一些聚烯烃蜡与二氧化硅一起使用,以增强悬浮性能和改善表面感觉。

图1
光滑和哑光表面

金属颜料

金属颜料和珠光颜料主要用于涂料的特定美学效果。用作颜料的金属包括铝、锌、金、青铜、镍和不锈钢。铝颜料(图3)是在合适的润滑剂(硬脂酸或油酸)和合适的溶剂存在下,研磨大于99%的纯铝粉制成的。润滑剂的选择导致了两种不同等级的铝颜料:叶状和非叶状。

叶片分级涉及使用硬脂酸作为润滑剂,并导致铝片在薄膜表面以平行和重叠的方式定向,以提供坚实的银色外观。叶片现象受表面张力、溶剂蒸发、对流和涂层粘度等变量的影响。涂布等级主要用于贸易、销售和维修涂料。

非叶片级含有油酸作为润滑剂,铝片在整个涂层中定位自己。当与有色颜料一起使用时,非叶级产生美观的表面处理,并广泛用于汽车涂料。稳定的铝颜料可用于水性系统,以防止铝与水的固有反应性。

第一代铝颜料是边缘不规则的薄片(“玉米片”颜料)。改进的亮度和更大的双色或折叠效果(角度依赖的明度)实现了更厚和边缘光滑的铝片(“银元”颜料)的发展。

通过物理气相沉积法生产的真空金属化铝颜料,在亮度和坍落效果方面取得了更大的改进。金属颜料表现出来自金属表面的镜面反射和在颜料边缘或颜料表面缺陷处散射的组合。真空金属化颜料明显比传统的铝颜料更薄,具有非常光滑的表面。因此,边缘和表面的散射是最小的,一个高度反射镜一样的效果是实现了真空金属化颜料。

传统上,金属粉末涂料是通过均匀的金属颜料与粉末涂料进行干混合而制成的。干式混合涂料能够生产高质量的饰面,但它们也有其局限性。金属颜料与粉末涂层在颗粒大小、形状和密度方面的差异导致了粉末涂层在储存时的分层,而在搬运和运输时的振动或运动进一步加剧了这一现象。由此产生的金属颜料的分离和积累损害了美观的外观,并引起了安全问题,因为金属团聚可能导致粉末输送系统内的短路。

图2
消光效果
在粉末涂料中获得金属饰面的替代技术包括使用粘合颜料和涂覆颜料。粘接过程将金属颜料物理地附着在粉末涂层颗粒上,使它们在应用和回收过程中不易分离。结合颜料改善应用特性,产生一致的金属饰面。

涂覆的金属颜料表面含有硅/丙烯酸涂层,以帮助它们在应用过程中获得高转移效率所需的电荷,并具有更好的耐酸、耐碱和户外风化性。由于涂层铝片的比重是未涂层的颜料和粉末涂层树脂的中间比重,因此喷雾特性也得到了增强。Eckart公司(路易斯维尔,肯塔基州)的Alucolor系列彩色铝颜料在铝片上的硅涂层中含有耐光和耐风雨的有机颜料,并提供了用于粉末涂料的新的彩色效果颜料。

一些涂层应用系统中的剪切力能够破坏和变形铝片,并导致金属表面钝化。抗循环颜料,如Silberline (Tamaqua, PA)的Tufflake,是专门设计来承受这种机械力并保持目标外观的。

锌颜料有粉尘和片状的形式,主要用于其优良的耐腐蚀性能。锌片赋予了明亮的金属外观,并结合了锌的固有电保护和片状颜料的屏障保护。

金青铜颜料实际上是铜锌合金。根据不同的铜锌比例,有四种标准颜色可供选择:富金、富浅金、浅金和铜。Eckart的Dorolan硅封装金青铜颜料还提供另外四种颜色:英国绿、柠檬绿、深金和火红。硅封装的等级推荐用于粉末涂料应用。

镍颜料有粉末状和片状两种。由于其高导电性,镍颜料被用于制造电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)屏蔽要求的导电涂料。此外,镍颜料耐腐蚀,对水惰性,在水性涂料中不会产生氢气。

不锈钢颜料由耐腐蚀的奥氏体316l级不锈钢制成。不锈钢颜料具有优异的耐磨性,即使在非常恶劣的环境中也能保持耐久性。有叶状和无叶状两种颜料都有,像镍一样,不锈钢颜料对水是惰性的。

环保涂料的发展趋势,如水性、粉末涂料(如上图所示应用于产品)和uv固化涂料,产生了对颜料的需求,这些颜料被优化用于这些系统。

光芒四射的颜料

为了寻找能复制大自然造物的颜料,如珍珠、圣甲虫和蝴蝶,产生了一系列表现出不同程度的光泽、颜色发展和流动的颜料。氧化氯化铋血小板技术在20世纪60年代发展了珠光颜料。

珠光颜料由薄而光滑的半透明高折射率(RI)材料层组成,如二氧化钛和铁氧化物位于云母等低折射率材料的透明薄片上(图4)。高折射率材料通过放大低折射率薄片的角度依赖性干涉颜色来增强色度。188金宝搏bet官网

珠光效应来自于氧化物表面反射的光与氧化物-云母界面反射的光之间发生的干涉。氧化层的厚度和RI决定了反射光的颜色和强度。

涂有二氧化钛的云母片根据氧化层的厚度产生白色或彩色颜料,而涂有氧化铁的云母只产生彩色颜料,因为氧化铁的固有颜色。新的着色效果是通过用其他低ri材料取代云母产生的,如二氧化硅(例如,基于萨凡纳镓的EMD化学公司的Colorstream)和氧化铝(例如,EMD化学公司的Xi188金宝搏bet官网rallic)。珠光颜料独特的发光品质与传统吸收颜料结合,创造出有趣的美学效果。

改进的颜色流动(即颜色随视角的变化)是通过光学可变颜料的开发实现的,例如Flex Products Inc. (Santa Rosa, CA)的ChromaFlair,它包含反射芯周围的部分反射材料层和弱折射材料层188金宝搏bet官网核心可以是完全反射的不透明材料,如铝,或部分反射的材料,如氧化物或云母/氧化物。188金宝搏bet官网

图3
铝颜料
同样,外层反射层可以是金属的,也可以是非金属的。颜料片非常光滑,随着观察角度的变化,颜色会发生强烈的变化。颜色的变化取决于每个层的厚度。

来自Wacker-Chemie Gmbh (Muenchen, Germany)的胆甾类液晶颜料,如螺旋酮颜料,通过反射入射光的某些光谱成分并传输其余成分,创造了创新的、光学可变的颜色效果。在熔点以上,液晶显示出各向同性熔体和有序晶体的特性,因此,某些物理性质如RI是角度相关的。液晶有几种相,其中最常见的是向列相。在向列相液晶上加入手性添加剂可形成胆甾体(也称为“扭曲向列相”)结构。

图4
珠光和光学可变颜料
总的来说,这种排列就像一个螺旋状的上层结构,液晶分子分层排列,每一层的分子方向都与前一层略有不同。两个方向相同的层之间的距离称为“间距”。大多数落在胆甾液晶上的光被透射,但有一小部分与螺距相对应的光被反射。

当音高与可见光的波长(400到700纳米)相对应时,反射光被视为颜色。反射的颜色可以根据手性添加剂的量而变化。此外,反射光的波长与角度有关,视角越平坦,波长越短,也就是说,颜色的变化是视角的函数。

Silberline的几何颜料由超透明聚酯薄膜制成的全息片组成,这些薄膜经过全息压印和真空金属化处理。薄膜上涂有环氧树脂,并切成颗粒。几何颜料有各种大小和形状,有四种颜色:银,金,铜和锡。全息颜料可通过干共混的方法用于粉末涂料。

色素的发展

现代涂料要求颜料具有较高的色强、良好的分散性、良好的外观耐久性和耐热、耐光和耐化学物质的稳定性。此外,对环保涂料的趋势,如水性、粉末和紫外线固化涂料,产生了对颜料的需求,以优化这些系统的使用。

例如,太阳化学(辛辛那提)的酞菁蓝颜料帕洛玛蓝B-4828被推荐用于水性铝和云母汽车风格。另一方面,太阳化学的Quindo品牌的喹唑啉酮颜料,Magenta RV-6883, Magenta RV-6858和Violet RV-6956,是开发用于高固体体系的颜料的例子,但也可以用于水性系统。

科联(夏洛特,NC)的喹草林二酮颜料,Hostaperm黄色H5G,苯并咪唑酮-二恶嗪颜料Hostaperm蓝色R5R和黄红色噻嗪靛颜料,Novoperm®THI红色4G 70,设计用于溶剂型,水性和工业涂料。溶剂型涂料中的喹吖啶酮“色素双胞胎”Hostaperm Red - Violet ERX和水性涂料中的Hostaperm ERX- wd的色度特性密切相关,并有助于色度从一个体系转移到另一个体系。科莱恩的Colanyl系列无voc和无粘合剂颜料膏提供了更好的环境相容性。

越来越严格的环保法规正在推动颜料中铅、铬、镉等重金属的替代。商业替代品,如钒酸铋和一些二酮吡咯(DPP)颜料,现在提供了曾经是重金属颜料特征的颜色。巴斯夫(Mount Olive, NJ) palaliotan Yellow颜料是以钒酸铋和一种高级有机颜料为基础的共色颜料,经济地结合了无机颜料(高遮盖力)和有机颜料(色度和着色强度)的优点。

巴斯夫的Xfast搅拌颜料适用于水性建筑和工业涂料。搅拌颜料不需要将传统粉末颜料混合到涂料中所需要的耗时的分散步骤。颗粒状颜料在加工过程中产生的粉尘非常少,并能均匀快速地分散到水中。

在星座色彩中,巴斯夫介绍了在汽车涂料中使用的反反射颜料,当暴露在光源(如迎面而来的车辆的前灯)下时,这种颜料会照亮涂层基板。这一概念的另一种方法是使用在黑暗中发光的电致发光颜料,这种颜料由低压电荷控制。

总结

颜料技术结合了物理学(光学)、化学(合成、表面化学)和化学工程(缩小尺寸、分散)的基本原理。现代颜料提供的不仅仅是颜色和不透明度的基本属性。例如,基于光干涉现象的颜料展示了令人惊叹的视觉效果,开辟了美学外观的新前景。为了保护桥梁、输油管道等与国家利益相关的设施免受腐蚀的破坏,缓蚀剂一直在发挥作用。为了满足对更好的性能、改进的外观和对环境负责的生产的需求,颜料技术的边界正在不断扩大。