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

1. 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

2. 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

3. 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。

4. 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。

5. 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。

6. 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。

7. 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。

8. 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。

9. 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·H2O可改善涂料的流变性，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·H2O。 微细高岭土可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。

10. 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。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。

11. 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：

12. 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。

13. 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。

14. 第三节 颜料分散理论 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。

15. 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。

16. 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。

17. 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。

18. 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。

19. 一、非水性体系中常用的润湿分散剂 • 1.Anti-Terra-U BYK公司制造。 • 浅褐色液体，适合于所有无机和有机颜料的润湿润分散，对环氧和聚氨酯高固体分涂料有非常好的润湿分散作用。用量，有机颜料的1%-5%,无机颜料用量的0.2%--2.0%总漆量的0.2%--1.0%。. • 2.Anti-Terra-P • 浅褐色液体，对氧化铁，铬系颜料，镉系数颜料，重晶石粉，碳酸钙等颜料在醇酸和氨基氯化橡胶改性的醇酸中有良好的润湿分散作用，用量，有机颜料的1%--1.5%,无机颜料的0.2%--2.0%总漆量的0.1%--1.5%。 • 3.BYK-P-104，BYK-P-104S （BYK公司制造） • 浅褐色液体，可用于大多数颜料，在钛白与其它着色颜料同时使用时可防止浮色、发花，还有良好的流平性。用量：无机颜料的0.3%--0.8%,总漆量的0.2%--0.5%.。

20. 4.CP-88 棕褐色粘稠液体，浙江临安化工厂制造，适用于多数颜料的润湿的分散，在涂料中使用有良好的防沉效果，无机颜料的：0.3%--0.8%总漆量的0.2%--0.5%。 5.Disperbyk-101 褐色液体，BYK公司制造。能降低颜料和填料之间的表面张力差，缩短颜料分散时间，增加光泽，改善流动性，减少沉淀，还可以和有机改性膨润土混合使用，用量为有机膨润土的30%--50%。在涂料中的用量，无机颜料的0.2%--2%,有机颜料的1%--5%.。 6.卵磷脂 黄色或棕色蜡状物，油脂厂的油脚，天然的颜料润湿分散剂，有防沉防浮色，发花，防流挂的作用。总油漆量的0.1%--0.5%。

21. 7.Texaphor-963 棕色液体，Henkel（汉高公司）生产，对钛白，立德粉，氧化铬绿，铁系颜料，多数有机颜料和体质颜料均有较好的润湿分散性，用量为颜料量的0.1%--2%。 8.TC-1、2、3 棕色或浅黄色液体，天长县化工二厂生产。对铁系颜料、中铬黄、酞青兰等有较好的分散效果，用量为颜料的0.5%--1%。 二、水性体系中常用的分散剂（水溶性涂料，乳胶类涂料。） 1.DA系 是特种阴离子型表面活性剂。由北京化工研究院，山东荷泽助剂厂，湖北老河口化工厂生产。对钛白，锌白，立德粉，氧化铁，CaCO3，高岭土，BaSO4，滑石粉有良好的分散效果。

22. 2.TD-01阴离子型 天津化工研究院生产，液体，功能与1相同。 3.SN-Dispersant-5040 特种阴离子型，Henkel公司生产，浅黄色粘稠液体，是乳胶涂料中钛白及体质颜料的润滑分散剂。 4.PD 具有活性的高分子化合物 粉末，青岛化工研究所生产，用于苯丙乳胶漆中炭黑的分散。 5.AMP 液体，北京化工研究院，水性涂料的颜料分散剂。 6.Tamol-SG-1,Tamol731 液体，Rohm&Hass公司(美国)，用于多种颜料的润湿分散。

23. 7.SMB，SG-8001， 白-浅黄色粉末，化工部涂料所，江苏常州光辉造漆厂生产，用于钛白，锌白及多种体质颜料的分散。 8.Dispex A40、N40、G40、GA40 白色或浅黄色液体，Allied,Colloids公司，用于平光乳胶漆的分散剂。 9.三聚磷酸钠，焦磷酸钠，六偏磷酸钠 用于乳胶漆中颜料的分散剂。