一、顏色 顏色是在有光源照射下,經過反射、吸收等作用,從其表麵反射或透射出來的進入人眼的光的顏色.任何物體,包括顏料的顏色是由照射光、物質本身性質和人眼所決定.(1) 顏色的三要素 任何一種顏色都由色調、明度和飽和度三個參數來確定.(2)色調 色調是彩色彼此相互區別的特性.物體的色調取決於光源光譜的組成和物體表麵接受光源所反射(或透射)的各波長光通量的比例對人眼所生的感覺.在汽車塗料中對顏料顏色的選擇及其重要。紅、藍、黃為三原色.
人眼所能感受到的可見光的波長範圍為380-780納米.人眼對光譜感受的靈敏度如下圖所示.
物體表麵顏色波譜長度及範圍如下表所示.
下圖為人眼對光譜色差的感受性.
(2)明度明度是物體顏色給人眼鮮明的感覺.物體表現對入射光的反射率越高,其明度越高.混入黑色越多,明度降低幅度越大.在紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色中,以黃色明度最高,紫色最低.明亮和亮度不等同.
(3)飽和度也稱之為 彩度 .是指顏色純粹的程度,也即色光單一的程度.當某種顏色在飽和狀態下就是該色調的標準色.所以各種單色光是最飽和的色彩.黑、白、灰等飽和度為零,被稱為無色彩.大紅、鮮綠、純紫等色光,其主色調的光波成分較多且較單一,因而色相最為明確.
2,顏色的分類
顏色一般分為消色和彩色兩類.
(1)消色(中間色) 消色對可見光波無選擇吸收的結果,隻有明度的差別.以對可見光的反射率來判斷:反射率在80%-90%以上時為白色;4%以下為黑色;中間為灰色.
(2)彩色黑白係列以外的顏色為彩色,彩色對可見光波選擇吸收,全麵包括顏色三要素.
3,顏色的表征體係
顏色的表征體係簡稱 色係 .顏色的表征體係主要有孟塞爾顏色表征體係、CIE顏色表征體係和中國顏色體係三種.
二、著色力和消色力
1,著色力
顏料的著色力也稱為著色強度(tinting strength).表征某一種顏料與另一基準顏料混合後顏色的強弱,通常以白色顏料為基準來衡量各種彩色和黑色顏料對白色顏料的著色能力.
著色力是顏料對光的吸收和反射的結果,主要取決於吸收,吸收能力越大,其著色力越高.著色力的強弱取決於顏料的化學組成,同時也與顏料粒子的大小、形狀、粒度分布和晶體結構等因素有關.同一色相的有機顏料比無機顏料的著色力高得多.顏料的粒徑越細,粒度的分布範圍越窄小,其著色力越高.但當顏料的粒徑微細化到一定程度使著色力達到一個最大值後,著色力不僅不會繼續增加,反而呈下降的趨勢.下圖為白色顏料粒徑與著色力的關係示意圖.
白色顏料的粒徑對著色力的影響最為敏感,有機彩色顏料稍次.而且折射率愈高的顏料,影響愈顯著.
實踐證明,金紅石型鈦白粉的最高著色力處於顏料粒徑0.4微米左右;鋅鋇白(立德粉)和氧化鋅也大致如此.對有機顏料而言,偶氮顏料的粒徑在0.1微米,酞菁藍顏料粒徑在0.05微米時,具有最高的著色力.
2,消色力
消色力是指一種顏色的顏料抵消另一種顏料色光的能力.一般顏料的著色力愈強,其消色力也愈強.通常用於評定白色顏料.一般地說,有較大的折射率,就有較高的消色力.在白色顏料中,二氧化鈦的折射率最大,它的消色力也最高.
消色力除了與顏料的折射率有關外,還與其粒徑和粒徑分布有關.不同粒度的鈦白粉有不同的消色力和著色底相.當鈦白顆粒的平均粒徑在0.2-0.23微米範圍內,且粒度分布寬度狹窄時,對可 見光藍光波段的散射能力增強,著色底相呈柔和藍相.
消色力還與顏料的體積分數有關,顏料體積分數較低時,入射光的散射取決於單位體積中的顏料粒子數.因此,體積分數相等,粒徑小的顏料含有較多的粒子數,散射光的光通量也多,消色力也相應地較大.但在高體積分數時,由於產生粒子密集現象,降低了光的散射能力和消色力,所以在高體積分數情況下,選擇平均粒徑較大的鈦白粉反而能獲得較高的消色力.
三、遮蓋力
遮蓋力(hiding power)是當顏料均勻地塗覆於物體表麵時,遮蓋住該物體表麵底色的能力.遮蓋力的光學本質是顏料和存在其周圍的介質的折射率之差造成的.差值越大,遮蓋力越高.如碳酸鈣在溶劑型塗料中遮蓋力很低,但在水乳膠漆中則有一定的遮蓋能力.下表列出幾種介質與顏料的折射率及部分有機顏料的遮蓋力參考值.
四、粒度與分布
顏料的最佳粒徑一般應為光在空氣中波長的一半,即0.2-0.4微米.顏料通常是不同粒徑的混合物.
1,顏料粒度對顏料性能的影響見下圖
五、晶型
1,晶型對顏料綜合性能的影響
在顏料的製造過程中,工藝條件的不同,會產生不同結晶型態的產品,其晶型、晶體大小及其分布各不相同. 即使是同一種化學組成的顏料,由於晶體的生長環境不同,也會出現不同晶格結構、晶體形狀和晶體大小的顏 料顆粒,這些因素都直接影響其自身的顏料性能和與之相混合的塗料的性能.如光學性能、表麵性能,在塗料中的分散性能、穩定性以至電性能、磁性能等等.二氧化鈦以及以二氧化鈦包覆雲母薄片的雲母鈦珠光顏料是其中最為典型的例子.
2,晶型對顏料色純度的影響
(1)無機顏料晶型對色純度的影響晶格存在缺陷,晶格中摻雜其他雜合原子,不僅雜質本身具有顯色作用,而且由於雜質離子會使晶體發生扭曲變形,失去對稱性,致使顏料顆粒對自然光中不同波長的散射係數S值減少;而吸收係數K增大,顏料顆粒對自然光發生選擇性吸收,顏料會帶上其他色調.
(2)晶型對有機顏料色光的影響大多數有機顏料為結晶狀態.晶體形態與顏料色光有密切關係.
六、化學組成
1,無機顏料
顏料的化學成分不僅是顏料間相互區別的主要標誌之一,而且決定顏料的主要物理化學性質和在塗料中應用的特性.這些主要的物理化學性質包括:顏色、化學穩定性、耐酸堿性、耐光耐候性及毒性等.表現在塗料中的應用特性包括:顏料的分散性、濕潤性、遮蓋力、著色力、消色力、吸油量以及與樹脂和溶劑之間的親和力等等.
塗料用無機顏料對化學組成的主要要求是:
(2)化學純度高而雜質少例如,鈦白粉的化學純度是影響塗料性能的典型實例.又如氧化鐵紅顏料,其化學穩 定性很高.純度越高,顏色越純正.如果采用硫酸法鈦白生產工藝的副產品來製造鐵紅顏料,由於鈦離子很難 除盡,鐵紅產品上可能蒙上一層 鈦霜 而使顏色發萎.用工業級硫酸氧鈦作沉積劑的銀白雲母鈦珠光顏料, 由於Pe、Mn、Co、V、Pb等離子的幹擾,不僅顏料的白度和光澤降低,還會使顏色發黃、發紅或發黑等等.
(2)化學成分的穩定性高即要求顏料在高溫、高濕、酸、堿等環境中不發生化學變化.如氧化鐵紅、氧化鐵棕較氧化鐵黃要穩定,在高溫下,鐵黃在350℃以上將轉變成鐵紅;群青及鎘係顏料不得與酸接觸;而鉻黃不得與堿接觸等.
2,有機顏料
有機顏料的化學組成和結構對顏料的色光具有決定性的影響.
(1)在共軛雙鍵體係中,共軛雙鍵數目越多,選擇吸收的波長越長,在同類族化合物中產生深色效應.
(2)在共軛體係的端部,若存在吸電子基團或供電子基團時,可使分子的極性增強,π電子的流動性增強,因而降低了分子的激化能,使吸收光譜向長波段方向移動,導致顏色加深.如共軛體係的一端接吸電子基,而另一端接供電子基,吸收波長便移向長波方向,產生深色效應.由此可見,顏料分子的不同顏色是由於分子中共軛體係的特定位置上,引入了不同的吸電子基團或供電子基團,它們之間的協同效應就導致深色和濃色效應.
七、吸油量
顏料的吸油量表示將液態油脂(也包含樹脂或溶劑)緩慢滴入一定量的顏料粉體中,幹燥顏料粉體表麵吸收油脂,顆粒本身得到濕潤,當粉體完全被油脂濕潤所需要的最低數值,也即其被液體濕潤的難易程度.顏料的吸油量在計算顏料色漿研磨時所需的最低樹脂與溶劑加入量,是一個不可缺少的顏料質量技術參數.
顏料的吸油量與顏料本身組成、粒徑、形狀、表麵積、顆粒表麵的微觀結構、顆粒間的自由空隙大小等因素有 關.
(1)顏料顆粒的平均粒徑越小,比表麵積越大,吸油量越大;反之亦然.
(2)顏料顆粒的形狀越複雜,吸油量越大.針狀顏料吸油最大,片狀的次之,紡錘形更次之,球狀的最低(無定形粉末不確定).
(3)顏料顆粒間的自由空隙越大,吸油量越大.
(4)經表麵活性劑處理後的顏料,陽離子型的吸油量大,陰離子型的吸油量小.
(5)未經表麵處理的顏料,因顆粒表麵吸附著大量自由羥基,憎油而親水,吸油量小.
(6)經水-氣轉相法生產的較酸處理的有機顏料的吸油量大.
八、耐光性與耐候性
耐光性和耐候性是顏料最重要的質量技術指標之一，在汽車塗料中對耐光性和耐候性有更高的要求.耐光性主要指耐受日光的照射(特指紫外線);而耐候性則指耐受大氣的腐蝕.顏料長期受到日光的曝曬,酸雨的侵襲,其化學組成會發生某種程度的變化,其結果是色彩發生遷移,有機著色顏料的色彩漸漸褪去;無機著色顏料的色彩會不斷加深.更為嚴重的是,顏料組成發生變化後,所生成的新物質具有光化學活性,在紫外線的作用下,起著催化劑的作用,從而加速成膜物質的老化,使塗膜脆性增加而破壞,以致使塗膜完全失去裝飾和保護作用.
顏料的耐光性和耐候性與顏料的化學組成密切相關.通常,大部分的無機顏料具有良好的耐光和耐候性,僅少數品種受到光照後其化學組成發生變化.而大多數的有機著色顏料的耐光、耐候性較差.
九、耐熱性
耐熱性通常指顏料在混入樹脂後在熱交聯固化過程中所能耐受的最高溫度.同時也指直接接觸熱源時的耐熱最高溫度.
塗料用顏料的耐熱性,一般來說,無機顏料高於有機顏料.
十、耐水性
大多數顏料都是耐水的,少數無機顏料和有機顏料中的色澱和鹽類耐水性較差.耐水性差的顏料用於溶劑性塗料將對塗膜質量產生影響.例如偶氮等有機顏料的耐水性差,以其著色的塗料即使已經形成了堅固的塗膜,在使用過程中如遇到水後,會發生 滲色 現象,即顏料會發生遷移,從塗膜內部遷移至表麵,產生條紋、花斑等漆病.
但是如果將其用於水性塗料,這種現象一般不會發生.
顏料在生產和加工過程中,要接觸不同種類的電解質,其表麵的電特性十分複雜.
加之在破碎和研磨時,顆粒表麵積累了大量的靜電荷.因此,不論是何種顏料,如果未經特殊處理,顏料顆粒表麵會吸附大量空氣中的水分.低於技術標準的遊離水分對塗料的製造有時是有利的.例如使用砂磨機研磨炭黑樹脂色漿時,含遊離水分的炭黑比不含遊離水分的炭黑更容易達到規定細度.
十一、耐酸、堿和耐化學藥品性
1, 耐酸性
有些顏料不耐酸,不能用於酸性樹脂,更不能用於帶酸性的固化劑中.製成的塗膜也不能使用在酸性的環境中.耐酸性優良的顏料品種有鈦白、炭黑、鐵藍、氧化鉻綠以及部分有機顏料.堿性顏料不耐酸.
2,耐堿性
製造耐堿性塗料必須選用耐堿性顏料.耐堿性優良的顏料品種有:氧化鋅、鈦白、立德粉、橘鉻黃、鎘紅、鎘黃、群青等.鉻黃、鐵藍及部分有機顏料耐堿性差.
3,耐化學藥品性
在化學藥品中,除去酸、堿等腐蝕性物質之外,還有一些諸如鹽類、強氧化劑等,盛裝和輸送這些物質的設備管道防腐蝕塗料,應當考慮所選用的顏料必須能長期耐受這些物質的侵蝕.另外,塗料中的顏料的耐化學藥品性,還應考慮樹脂的分解物和塗料助劑如分散劑、流平劑、 光穩定劑、熱穩定劑、消泡劑等對顏料性能的影晌
十二、濕潤性和分散性
1,濕潤性
濕潤性是指顏料與樹脂和溶劑的混合物親合性.顏料在使用時舊的固-氣界麵消失,新的固-液界麵建立,這種現象稱為 濕潤 .與顏料表麵能有關.當顏料粒子加入到樹脂或溶劑中,如果界麵張力過大,就不能被樹脂、溶劑所濕潤.顏料將不能完全和均勻地分布到樹脂與溶劑中去,其結果是,顏料粒子從樹脂、溶劑中離析,形成塗膜後將產生諸如顆粒、凹坑、顏色不均等漆病,即使添加大量濕潤助劑也無濟於事.顏料的濕潤性與顏料的表麵化學物理特性有關.通常要求顏料在形成商品之前,要進行表麵處理(即後處理),例如包膜鈍化處理、表麵活性劑處理等,用以降低顏料的表麵能,提高其表麵活性.
2,分散性
分散性是指顏料顆粒在樹脂和溶劑中均勻分布的能力.任何顏料在貯存過程中,都有不同程度的凝聚成 團簇 的傾向,這樣就需要經過研磨和攪拌機械產生的剪切力來使 團簇 崩裂成單個的顏料粒子.添加分散助劑是必要的.分散劑在顏料的分散過程中起到促進磨碎、濕潤及防止凝聚的作用.分散劑被吸附於顏料顆粒表麵,降低了表麵張力並向顆粒間隙或裂 紋滲透,防止它們再結合,降低了研磨能量,縮短了研磨時間.其中,濕潤是分散的必要條件.經表麵處理的 顏料不但濕潤性好,分散性也得到改善.
十三、密度和比容
密度是指單位體積內所含的顏料質量.由於顏料是鬆散的粉狀物料,顏料粒子間存在著空隙,其體積應是堆積體積,其密度為表觀密度.比容與密度互成倒數的關係.
十四、與合成樹脂、溶劑的混合性
1, 混合的一般原則
顏料與合成樹脂、有機溶劑的混合性,取決於它們的化學組成、結構和顏料粒於的表麵特性.對無機顏料而言,完全取決於其表麵物理化學性質.例如,未經表麵處理的銳鈦型鈦白,由於顆粒表麵吸附著大量自由羥基(-OH),呈親水性,與非極性溶劑和樹脂的混合性差,但卻能與極性溶劑和樹脂很好地混合.
有機顏料通常要視其分子共軛體係的端基而定,含吸電子基的較含供電子基的更容易為極性溶劑和樹脂所混溶.而共軛雙鍵的數目越多,越能被非極性溶劑和樹脂所濕潤.這也是為什麼深色的有機顏料較淺色的顏料在樹脂中分散快得多的原因.顏料與溶劑和樹脂混配的一般原則是:
(1)極性顏料+極性樹脂+極性溶劑;
(2)非極性顏料+非極性樹脂+非極性溶劑+表麵活性劑(塗料助劑);
(3)極性顏料+非極性樹脂+極性溶劑+表麵活性劑(塗料助劑);
(4)非極性顏料+極性樹脂+非極性溶劑+表麵活性劑(塗料助劑).
2, 各種顏料與樹脂的混合性
(1)主要無機顏料的性能及與合成樹脂的混容性舉例列於下表中.
(2)有機顏料在塗料中的適應性
除個別品種外,有機顏料對溶劑型塗料都適用.除偶氮色澱顏料以外,也適合於水性塗料中.
十五、著色顏料間的配伍禁忌
著色顏料間的配伍禁忌見下表.
注:
1,●代表能相互混合,即可幹拚,也可濕拚,不發生化學反應;△代表能混合,但要視顏料表麵處理情部而定,能幹拚,混拚時可能發生不良反應;×代表不能混合,即不能幹拚也不能濕拚.否則會發生褪色、顏色遷移、色相互補使亮度降低或有危險.
2,本表所列顏料為最常用的幾種塗料著色用顏料;
3,本表中的顏料為常規粒級顏料,不包括同類的納米級顏料;4,隨著顏料改性和表麵處理技術的提高,顏料使用的禁忌範圍也越來越小.實際操作應以實驗結果為準.
十六、顏料的毒性
含有鉛、鉻等化合物的無機顏料一般認為是有毒顏料,世界各國均製定廠相應的法規,嚴禁用其著色的塗料塗飾與食品有關的容器、玩具等物件.幾種常用顏料含重金屬元素及其組成列於下表.一些汽車塗料對塗料中重金屬含量有嚴格規定。
