有機顔料的基礎知識
發布:xxbodi浏覽:976次
有機顔料的基礎知識和新産品簡介
一、幾個基本概念
1.着色劑:顧名思義,從實用意義上來說,就是能夠給被着色的物質賦予人們需要的顔色的物質。它們本身具有特定的顔色,包括各種彩色,還包括黑色、白色,以及黑白之間的灰色。着色劑分為染料和顔料。
2.顔料與染料:它們之間的主要區别有以下幾個方面:
(1)溶解性,在使用過程中,染料是溶解的(有些染料也不是完全溶解,例如分散染料),顔料是不溶解的,或者說溶解度非常低。溶解性是個非常重要的指标,決定了顔料的很多性能,例如滲色、遷移等。有時為了提高某些使用性能,顔料在使用介質中需要增加一定的溶解度。某些顔料化的方法,也是利用顔料的溶解性。
(2)顔料在使用過程中是有晶型和粒子形态的,并且對顔料的顔色性能及應用性能起決定性作用。染料則沒有這方面的要求。
(3)顔料的顔色基本代表了在使用介質中的顔色,隻是随着沖淡比例的變化産生色光上不同的變化,但是根本顔色不會改變,也就是說,顔料在介質中的顔色就是顔料顆粒本身的顔色。染料在使用時要發生化學反應,所以它本身色粉的顔色與染色後的顔色會不同。
3.有機顔料和無機顔料
概念上不需要過多的解釋了,主要說一下它們之間的區别
二、顔料的性能指标
(一)顔料作為商品,需要表述的性能指标
1.1着色性能
(1)顔色的色光(色相)
很久以來,視覺判斷一直是基本的有優勢的顔色評價方法,依靠**的色彩人員個人訓練過的眼睛。什麼人的眼睛可以作為标準?通常情況下很難界定。顔色評價技術的發展,已經形成較科學的評價體系,例如使用測試儀,可以做到定性和定量的用數據來描述顔色。
一個顔色的定義,靠口頭是不能描述清楚的,例如,“紅色”,什麼叫做紅色,即使你使用再多的修飾詞,例如“洋紅”、“磚紅”、“波爾多紅”,也并不準确。要制作出一個顔色的樣品,例如色卡,就比較直觀的定義了一個顔色。
對于實際應用來說,人們更習慣于根據需要的顔色,确定一個标準的顔料,然後根據特定的分散體系,将待測的樣品與标準樣品,分别制作成一定顔色深度的着色樣品,然後比較試樣與标準樣的色差。常用的顔色系統有CIE*LAB系統,和XYZ三刺激值系統,可以相互轉換。
(2)着色力
着色力的概念,有絕對着色力和相對着色力。
絕對着色力,是基于顔料的吸光性,即在*大吸收波長或在整個可見光譜的總體吸光系數(後者可以按照不同光譜的分量)。
相對着色力,是樣品與标準品之間,吸光系數進行比較得到的相對值。在達到相同色深時,樣品顔料的數量與标準顔料數量相匹配的比值。不是總能找到**的匹配,因為兩者之間存在色光的固有差異,這種差異不能僅靠數量來消除,其顔色差異可以通過CIE*LAB系統表述出來。
顔料的色力根據顔料的應用條件,即展色方法不同,以及測定方法、評價方法不同,會有不同的結果。
(3)遮蓋力或透明度
是指顔料介質層隐藏底材顔色差異的能力,定義是一個确定數量的顔料着色的塗料,完全遮蓋的面積,也可以指遮蓋一個底材需要的圖層的*小厚度。
一個塗層要有效的遮蓋底材,必須要散射,散射的數量與塗層的厚度、塗層内光的吸收、底材的顔色差異的大小有關。
1.2耐溶劑性和各種應用牢度
按照顔料的定義,應該在應用介質中不溶,但是絕對不溶是不可能的,根據介質不同或加工條件不同,或多或少會有些可溶性,因此在載體中的溶劑達到一定量的時候會出現重結晶、滲色、噴溢等,阻止顔料的溶解非常重要。控制顔料在介質中溶解性的因素包括:溶劑的選擇、顔料的化學結構、粒子尺寸,加工溫度。
檢測顔料抗某種溶劑的一個試驗方法:将顔料色粉用一片濾紙卷起,放在一個試管中,加入溶劑,顔料和溶劑的重量要确定。室溫放置24小時,溶劑被染色的程度用來評價顔料的耐溶劑性。這個方法不能完全代表實際應用,但是可以判定趨勢,有指導性。如果顔料有明顯的溶解,顔料用在含有這種溶劑的介質中,就會發生顔色、流變性、牢度等的問題。
1.2.1耐水性、耐皂洗、耐堿、耐酸:
有兩個方面的含義,一個是在這些介質中的化學穩定性,第二個是在這些介質中的溶解性。概念不用過多的解釋。主要是針對顔料的加工環境以及應用環境而言,例如濾餅的擠水轉相過程,需要顔料要耐水,油墨印刷時要求顔料耐水,或堿水。再如,外牆塗料要求耐水泥或石灰的堿性,汽車洗滌要求汽車漆耐堿水和洗滌劑等。
一些色澱顔料,或顔料上含有遊離的酸或堿性基團,在酸或堿中會形成鹽,發生顔色的改變等。
這些性能的檢測,都有标準的檢測方法,對其評價是按照級别1—5級,5級*好。
要根據應用确定适當的檢測方法,顔料直接暴露在酸堿等材料中,比顔料和漆料制作成圖層,然後再接觸酸堿等,得到的結果會很不同。
1.2.2包裝物的印刷
根據包裝材料和所包裝的物品,要求的各種牢度很多,如耐奶酪、耐油、耐蠟、耐藥品、耐消毒劑、耐蒸煮、熱封口(包括印層顔色變化及對印膜的物理損壞、粘到儀器上)、耐覆膜和碾印等等,都要進行專項的檢測。
1.2.3紡織牢度
主要指染色的纖維絲,或印染的紡織物,在加工過程或應用中保持顔色的能力。如縫紉、洗滌耐水、耐過氧化劑、耐次氯酸漂白、耐排汗(含酶)、摩擦、熨燙、幹洗、溶劑、酸堿、耐保險粉、熱壓試驗等。
1.3遷移性
是指發生滲色和起霜現象。
起霜是指溶解的顔料從應用的介質中遷移到表面,擦去後,還會出現。
滲色是指,類似的材質接觸時轉移過去顔色。
遷移的程度與顔料的化學結構和粒子分布、含量有關。
遷移是與被着色全部組分都有關系,如增塑劑、聚合物、穩定劑。
1.4對顔料應用時的加工過程的影響
1.4.1Plate-out(延展性):
混煉或碾壓時,顔料在加工設備表面或本體系表面沉積顔料,一旦顔料膜擦掉,不會再出現。原因是潤滑劑、增塑劑、穩定劑等與PVC介質之間相容性差,遷移到體系表面,把顔料粒子也帶出來。(避免的辦法是降低加工溫度和顔料含量,以及加入硬化劑。)
1.4.2Overpigmenrtation/Chalking(粉化或顔料溢出):
主要指顔料載體不能把顔料完全包裹住,顔料超過臨界體積濃度,顔料跑到漆膜的表面。原因:(1)顔料含量過高,或樹脂含量過少,(2)加工過程有問題,沒有将顔料包裹進去,(3)顔料比表面積較大,同原因(1),(4)樹脂載體耐光耐候差。(5)顔料耐光耐候差。
粉化:含二氧化钛的着色塗料發生風化。機理是在潮濕條件下,對光敏感的二氧化钛在顔料和漆料之間發生作用,加大了在日光UV輻射下的漆料損壞。随着風化時間增加,顔料與介質分離,損壞了漆膜表面,以前分散好的顔料跑到塗膜的表面。顔料或載體材料耐候不好,促進發生粉化。
1.4.3扭曲變形/聚合物中的成核作用
在聚合物冷卻的過程中,顔料成為聚合物的結晶核心,使聚合物發生結晶,從而造成變形。顔料粒子的形狀也對成核效果有影響。
1.5耐光和耐候
1.5.1耐光:顔料經過日光曝曬後,保持起初顔色的固有能力,測定要将顔料結合分散體系,不能僅曝曬顔料。大多數無機顔料和所有有機顔料,光照後都會變色。着色的體系對光敏感的因素包括:顔料的化學結構、物理參數(粒子分布、晶型)、體系中其他組分的性質。
耐光的檢測已經使用氙燈作光源的标準儀器,評價也有色差評價替代了蘭卡标準。
漆料、底材、顔料體積濃度、圖層厚度、添加劑對檢測結果都有影響。
1.5.2耐候:光不是使顔料改變的**原因,其他因素如大氣中水(甚至微量的)、氣體、工業排放物、氣候的改變等,這些因素結合,比僅有光照造成的破壞性要大。顔料着色的塗料體系抵抗氣候中各種化學和物理因素(也包括光在内)的性質。
耐候的檢測要求特定的環境,如光照強度、溫度、濕度、沉澱物、氧氣含量、空氣組成等條件,會随着每天、每個季節在變化,在地球上的經緯度、高度,與工業區的接近程度等都有影響。因此在幾個國家形成了工業标準。
加速老化儀,模仿戶外環境,但是對于顔色相似,化學結構不同的顔料,在氙燈下和日光下,曝曬得到的結果不同,原因是顔料對光譜的敏感差異,特别是在UV區域。
1.6熱穩定性
主要是塑膠行業、纖維原漿着色的加工行業,一般要260—320℃,對有機顔料來說,是個緻命的天生缺陷。僅有少數可以耐這個溫度。大多有機顔料耐溫僅100多度到200℃以下。
顔料的熱穩定性有系統依賴性,不僅指介質的化學組成,還包括加工條件、分散程度、顔料含量。
在一個着色系統中,熱變色的原因有:
顔料熱分解
顔料與介質的化學反應
顔料溶解在介質中
顔料物理性質發生改變,如結晶轉變,粒子尺寸
1.7流動性
一個體系的粘度,是整個組分決定的,包括各種組分之間的作用、成分的選擇、分散條件,其中重點強調顔料的分散條件,如團聚體的打開、應用介質的潤濕、分散程度、表面關系。
顔料的影響因素包括:濃度、比表面積、顆粒形狀、表面結構。
1.8粒子分布與着色介質的應用性能
1.8.1色力:在一定範圍内,(如果沒有發生顔料的自身散射時,即濃度低,或有TiO2沖淡)随着顔料粒子的減小,色力提高,但是達到半透明點以後,色力不會繼續提高。(在透明體系中,有不按照這個規律的現象)。
1.8.2色調:粒子尺寸的增加,顔色的變化規律:
黃色紅移,橙色紅移,黃光紅色藍移,藍光紅色黃移,棕色紅移,紫色藍移,藍色紅移。
1.8.3遮蓋力、透明性
相關因素:顔料的吸光系數(色力高的顔料,遮蓋也高)、顔料與漆料的相對折射率、顔料分散程度、顔料散射系數。
散射率跟顔料粒子的關系,在某個粒子尺寸,遮蓋力有一個*大值,這個值要根據實際經驗檢測得到。這個尺寸往往與色力*高值的粒子尺寸不同。
Dmax=λ/[2.1×(np—nb)]
1.8.4耐光、耐候性:顔料粒子越大,耐光耐候越好。
1.8.5分散性:顔料粒子分布窄的比分布寬的易于分散,顔料粒子大的易于分散,不是這麼簡單,分散是個複雜的過程。
顔料粒子的大小與分散過程、再團聚、絮凝(浮色、發花)等有影響。
1.8.6光澤:與顔料分散和尺寸分布有關。粗粒子的光澤暗。
1.8.7耐溶劑和耐遷移性:粒子增大,溶解性降低,耐遷移增強。
1.8.8流動性:粒子增大,提高流動性,降低粘度。
1.9顔料的分散
顔料粉的分散能力與很多因素相關:
與顔料特征相關的因素:化學組成、結晶形态、粒子分布、粒子形狀、表面結構、制作顔料粉的加工過程,特别是幹燥和研磨過程。
漆料及其組分的物理、化學性質,包括*性、分子量、粘度、各個組分之間的相容性。
固體或液體添加劑的物化性質
顔料—漆料的界面關系
生産商要提供給顔料使用商産品質檢單,其中着重描述的項目是關于顔色方面的指标。實際上作為使用者,隻能将直接由生産商移交過來的有關顔料的着色,甚至是顔色的測定作為參考,不能作為能否直接使用的依據,都應該進行檢測,即經過跟使用過程類似的檢測過程,特定應用條件下測試的結果,不能夠應用于其他條件。作為顔料供應商,有必要跟客戶說明這一點,不能以客戶沒有檢測能力為由,就将可能的責任歸于顔料制造商,這種做法不僅不能免除不必要的事故,而且是不公平的。