颜料填料介绍

ucoat · 发表于 2008-2-20 08:25:39

1. 着色颜料
着色颜料是涂料中使用品种最多的一类，在涂料中主要起遮盖和装饰作用。除了要求不溶于水、油和溶剂外，在色彩方面要求鲜艳美丽，着色力要强，遮盖力要强，对光、热的稳定性好。颜色颜料的分类和种类见表2-2。
表2-2 着色颜料的分类和种类
颜色分类颜料品种
白色颜料无机钛白粉、氧化锌、锌钡白、锑白、铅白和碱性硫酸钡
红色颜料有机颜料猩红（甲苯胺红）、蓝光色淀性红（立索尔红）、颜料枣红
无机银朱、镉红、钼红，氧化铁红、锑红
黄色颜料有机颜料耐晒黄（汉沙黄）、联苯胺黄、槐黄
无机铅铬黄、镉黄、锑黄、铁黄
紫色颜料有机甲基紫、苄基紫、颜料枣红（紫酱）、茜素紫
无机群青紫、钴紫、锰紫、亚铁氰化铜
蓝色颜料有机酞青蓝、孔雀蓝、靛蓝
无机铁蓝、群青、钴蓝
绿色颜料有机孔雀石绿、维多利亚绿、亮绿
无机铬绿、锌绿、钴绿、铬翠绿、氧化铬绿、镉绿、铁绿
黑色颜料有机苯胺黑，磺化苯胺黑、
无机炭黑、松烟、石墨
金属光泽颜料铝银粉、铜粉，锌粉
珠光颜料结晶碱式碳酸铅、云母钛、砷酸铅及磷酸铅、氯氧化铋
除了以上颜料的分类外，其中氧化铁类有很多种颜色，单独列出的话，其天然颜料有土红、棕土、黄土、锻棕土、锻黄土，人造合成颜料有氧化铁红、氧化铁黄、氧化铁黑、氧化铁绿、氧化铁紫等。
白色颜料都是无机类，其中使用量最大的是钛白粉，折光率高，无毒呈化学惰性，它可以代替其他所有的白色颜料。钛白粉可以分为金红石型和锐钛型两类。铅白不溶于水，但溶于酸、碱，与H2S气体接触会生成黑色的硫化铅，但是能与酸值高的油生成铅皂，加强涂膜牢度，防止粉化，耐光耐潮，缺点是有毒性。锌钡白，又称为立德粉，颜色白、遮盖力强、着色力强、耐碱耐热，但是它遇酸会分解，耐候性差，易粉化。因此，锌钡白通常用于室内涂料。
红色颜料中常用的是氧化铁红，耐光性好、耐碱、着色力强，遮盖力很强，仅次于碳黑。氧化铁红的颜色不够鲜艳，红中带黑。镉红色泽鲜艳，着色力强，耐光耐热，耐硫化性好，遮盖力强，但是红色愈深着色力愈差，而耐光性愈强。由于价格较高，仅在耐高温涂料和特殊的涂料中使用。钼红呈鲜红色，含有铬酸铅时呈橙色，耐光性、着色力、遮盖力等都很出色，常用于机械产品面漆。有机红颜料的色彩鲜明，着色力强，无毒，但是遮盖力、耐光性、耐热性和耐溶性都不如无机类颜料。甲苯胺红具有高度的耐光性、耐水性和耐油性、耐酸碱性能，是一种优良的红色颜料。枣红粉红光鲜艳、遮盖力好，不溶于水，耐酸耐热（120～130℃）。
铬黄多年来一直是涂料中主要使用的黄色颜料，主要成分是铬酸铅或铬酸铅和不同比例的硫酸铅的混合结晶体。颜色鲜艳，遮盖力和着色力都很好，大气中不粉化，但是耐光性不好，遇强光会变暗。氧化铁黄遮盖力强，着色力好，耐光性好，耐碱但不耐酸，当温度达到150℃以上时，即会脱水变色而转变成铁红颜料。镉黄颜色非常鲜艳，耐光、耐热、耐碱，但不耐酸，遇潮气会粉化，因其价格高，主要用于耐高温涂料中。锶黄是艳丽的柠檬黄颜料，耐光耐高温，遇酸会分解。耐晒黄略带红光，用量多时为呈黄绿色，色泽鲜艳，遮盖力强，亮度高，着色力比铬黄要高4－5倍，耐光、耐热、耐酸、耐碱和耐腐蚀性能都很好，但是耐溶剂性较差。
铬绿为暗绿色调，具有耐光和耐腐蚀的特性，在高于1000℃的温度下也能稳定存在。锌绿颜色鲜艳，耐日光性强，不耐酸碱，着色力和遮盖力都较差。孔雀绿的耐光性和耐腐蚀性能很好。
群青在蓝色颜料中的色调非常艳丽，是其它颜料无法调配出来的，具有优良的耐光、耐碱、耐酸性能，耐高温可达700℃，而且耐腐蚀性气体，如SO2，H2S等，在日光下不变色。
金属色中使用的铝粉，俗称银粉，是由铝熔化后喷成细雾，再经研磨而成的细小鳞片状。铝粉质轻，极易遇火星而起爆，即使在倾倒铝粉时，因摩擦也会起火爆炸，所以要特别引起注意。漂浮型铝粉可以反射阳光和紫外线，隔绝水分的渗透，遮盖力强，耐热性强。对片状铝粉用着色进行表面处理，可以得到有色铝粉。
珠光颜料是一种高折射率的片状颜料，光泽好，可以呈现出闪烁的金属质感，广泛用于轿车、家具、机器等涂料的使用。常用的珠光颜料有云母钛、氯氧化铋、磷酸铅和结晶式碱式碳酸铅等。要注意的是珠光颜料要和透明遮盖力低的颜料配合使用。
2. 防锈颜料
防锈颜料的主要功能是防止金属腐蚀提高漆膜对金属表面的保护作用。防锈颜料的作用可以分为两类：物理性防锈和化学性防锈，其中化学性防锈颜料又可以分为缓蚀性和电化学作用型两种颜料。
（1）物理性防锈颜料
物理性防锈颜料是借助其细密的颗粒填充漆膜结构，提高了漆膜的致密性，起到屏蔽作用，降低了漆膜渗透性，从而起到了防锈作用，最常用如氧化铁红。结构呈片状的颜料如铝粉，玻璃鳞片等，可以在漆膜中形成薄片相隔，增加漆膜的封闭性，提高了漆膜的抗老化性能。
a. 铁红
又称氧化铁红，性质稳定，遮盖力强，颗粒细微，能在漆膜中起到很好的封闭作用。耐热，耐光性好对大气，碱类和稀酸的作用非常稳定。常和铝粉等片状颜料，磷酸锌等缓蚀型颜料一起使用，以增强防锈作用。铁红是非常重要的一种防锈颜料，绝大多数的涂料都开发有铁红防锈漆，如醇酸铁红防锈漆、氯化橡胶铁红防锈漆和环氧铁红防锈漆。甚至在某些环氧富锌底漆中，都以铁红作为重要辅助防锈颜料。
b. 云母氧化铁
简称云铁，片状颜料，在涂膜中和底材平行重叠排列，可以有效地阻止腐蚀介质渗透。对阳光反射能力强，减缓涂膜老化。不仅防锈性能好，在面漆中使用可以提高耐候性。
云铁可以在很多种树脂中使用，因而开发出了多种防锈漆。
醇酸云铁防锈漆、酚醛云铁防锈漆刚开发出来时，就应用在我国的南京和武汉长江大桥上面。法国巴黎的艾菲尔铁塔，多年来一直使用醇酸云铁防锈漆作为维修保养漆。
氯化橡胶云铁防锈漆一直是与氯化橡胶铁红防锈漆相配合使用于港口机械上面。
环氧云铁防锈漆的面世，取代了上述两种漆，应用于现代重防腐钢结构上面。上海南浦大桥的钢箱梁外壁，在环氧富锌底漆上，就以环氧云铁为中间漆，而氯化橡胶面漆中也添加了云铁，来增加其耐候性。环氧云铁在国外也一直是重要的防锈漆和中间漆，很多国家的桥梁、机车和电站等，都规定了使用环氧云铁作为中间漆使用。
c. 铝粉
呈鳞片状的铝粉或铝粉浆，因其颜色和泽如银，以称铝银粉和铝银浆。分浮型和非浮型两类。其良好的叶展性在涂膜中可形成连续不断的铝膜，可掩盖针孔，减少渗透性。铝粉漆可反射60%以上的紫外线，用在面漆中可提高耐候性。制成醇酸耐热漆可以耐200℃左右的高温，并且常在有机硅涂料中使用，耐高温达600℃。
d. 玻璃鳞片
使用玻璃鳞片的涂料已经发发展成为一种特殊的涂料。由美国的Owens-Corning玻璃纤维公司在二十世纪50年代成功开发应用于混凝土底材和钢管的内衬等。60年代美国很多公司开发了一系列玻璃鳞片涂料，包括环氧煤沥青涂料。60年代末日本也引入了这项玻璃鳞片涂料技术。欧洲市场上在1970年也开始应用玻璃鳞片涂料。玻璃鳞片的厚度在2－5微米，这样能保证在涂料中有数十层的鳞片排列，形成涂层内复杂曲折的渗透扩散路径，其原理与铝粉与云铁在涂层中一样，使得腐蚀介质的扩散渗透路线变得相当曲折弯曲，很难渗透到基材。玻璃鳞片片径纵横越大，涂层的抗渗透性能越强。
用硅烷偶联剂对玻璃鳞片进行处理，可以提高其强度、耐冲击性能和耐蚀耐磨性，而且明显加强了玻璃鳞片与树脂之间的粘结力，这样也相应地有效增加了涂层的抗渗透性和耐水性。
一般的涂料在液相介质中和温度较高的地方，很难抵挡住腐蚀介质的扩散渗透，而玻璃鳞片把涂层分割成了许许多多的小空间，固化后收缩率小，大大降低了涂层的收缩应力，减少各接触面的残余应力，增加了附着力。加上良好的耐热耐寒性能，突出的耐磨性能和其它机械性能，配合优良性能的树脂，组成的玻璃鳞片涂料，有着优异的重防腐蚀性能。
玻璃鳞片涂料常见树脂有氯化橡胶、氯磺化聚乙烯、环氧树脂、环氧煤沥青、酚醛环氧树脂（NOVLAC）、不饱和聚酯树脂和乙烯酸树脂等。作为最重要的一种重防腐蚀涂料，干膜厚度通常在500－1500微米，主要应用于化工装置、海洋平台、储罐内壁、跨海大桥、港湾码头、电厂烟气脱硫等苛性腐蚀环境。
（2）化学缓蚀性防锈颜料
化学缓蚀作用的防锈颜料，依靠化学反应改变表面的性质或反应生成物的特性来达到防锈目的。化学缓蚀作用的防锈颜料能与金属表面发生作用如钝化，磷化，产生新的表面膜层，钝化膜，磷化膜等。这些薄膜的电极电位较原金属为正，使金属表面部份或全部避免了成为阳极的可能性；另外薄膜上存在许多微孔，便于漆膜的附着。防锈颜料还可以与某些漆料中的成分进行化学反应，生成性能稳定，耐水性好的渗透性小的化合物。有些颜色料成膜过程中形成阻蚀型络合物，提高了防锈效果。一般不能用于水下，否则易引起泡。常用的化学缓蚀颜料有铅系颜料，铬酸盐颜料，磷酸盐颜料等。
a. 铅系颜料
红丹：桔红色，主要含有四氧化三铅，是一种沿用已久的防锈颜料。通常和油料，酚醛树脂，醇酸树脂等配制成红丹防锈漆。其中油性红丹漆防锈能力最强，尽管它干燥较慢。油料的渗透润湿作用好，能容忍低表面处理的钢材，亚麻油红丹生成的铅皂能起缓蚀作用。红丹的防锈机理比较复杂，铅系颜料本身就具有缓蚀作用，在红丹的晶格中，Pb2+PbO4－4有规律的排列着，当它与钢铁接触时，外层的Pb2+与起始阶段阳极腐蚀产和的Fe2＋进行离子交换，会形成更为难溶的高价氧化物，使漆膜密实，减小漆膜的透气性和透水性，由晶格中置换出来的Pb2＋有助于吸收腐蚀介质中的SO2－4，生成不溶的PbSO4，这对于工业大气环境中的防锈很有意义，但是对于Cl－的作用不明显。其缺点是毒性大，目前应用受到限制。正逐步被无铅颜料防锈漆所代替。在轻金属上不适合使用红丹漆，否则会加剧腐蚀。
铅酸钙：呈淡黄色，化学结构与红丹接近。其缓蚀作用在于碱性和形成钙皂。广泛用于钢铁和镀锌件上。也可用于无机锌的封闭漆。一般涂层在锌面会剥落是因为锌腐蚀形成的锌离子与漆料降解时产生的低分子酸反应，形成脆性且易水溶的锌盐。铅酸钙的碱性使渗入涂层与金属界面上的水pH值提高。在此条件下锌不会腐蚀产生锌离子，即使有低分子酸，也先与颜料生成皂，所以锌面不会产生剥落。名铅酸钙多用于油性漆和醇酸漆。
铅白：主要成分是次氧化铅，混有少量的氧化铅。防锈效果与纯度、细度及表面状态均有关系。与脂肪酸的化合力很强，反应生成物使漆膜更加坚韧。可以适应多种漆料，防锈机理与红丹相似。
b. 铬酸盐防锈颜料
这方面最为主要使用的是锌黄，其主要成份是铬酸锌，是铬酸盐类中应用最广泛的防锈颜料。呈淡黄或中黄色。除了在钢铁上应用外，主要用作铝，镁等轻金属的防锈漆。锌黄微溶于水，形成铬酸铁覆盖在金属使之钝化而起到缓蚀作用。但锌黄用量要适量，一般在20-50%之间。否则会产生锈蚀针孔。在潮湿环境中易起泡，所以常低溶解度的铬酸盐或铁黄一起使用。对工业酸性大气抵抗力较弱。常可加入氧化锌一起使用。四盐基锌黄在油性中能生成锌皂，并可中和漆料中的酸性分解物。四盐基锌黄的水溶性小，但是溶解速度较均匀，防锈作用维持较久。在磷化底漆中作为主要防锈颜料，能与聚乙烯醇缩丁醛和磷酸相互作用，形成的络合物牢固地附着在金属表面上，并提高与上层漆的结合力。
由于锌黄具有致癌作用，其应用受到了限制。新的无毒颜料，磷酸盐防锈颜料，已经取代了它的作用。
c. 磷酸盐防锈颜料
磷酸盐中最主要的防锈颜料是磷酸锌[Zn3(PO4)•2H2O]，它能与涂料中的羟基、羧基等进行化合结合，也能在金属表面生成Fe[Zn3(PO4)]，这样形成的颜料－漆料－底材的高分子络合物，阻止锈的形成和发展。对磷酸锌原料的颗粒度及其分布和化学组成进行改性后，其性能可与铬酸锌相当。
新一代的磷酸锌通过微细化和进行化学改性提高了防锈能力，改进了颜料的性能。挪威Waardals公司生产的ZP－BS磷酸锌，99％的粒径<m；BASF公司生产的ZNP／M（CD），80％的粒径m10<m；美国Mineral颜料公司推出的Phosguard－Hispaphosm3 m，防锈能力优于铬酸锌。化学改性的微细化磷酸锌适用于乳胶漆和水性涂料中使用，用其配制的涂料特别适用于铝材和电镀锌钢材表面。mJ－0853tmg微细化球形颗粒磷酸锌的粒径为1～5
三聚磷酸铝是近年新发展的新型防锈颜料，呈白色，微溶于水，在涂层下溶解时电离，在阳极部位与金属离子结合成不溶的钝化膜，该膜硬度高，附着牢固。三聚离子如果水解成二聚或磷酸根离子，因为仍然含有反应性基团，所以还可以形成类似的钝化膜。三聚磷酸铝可用于水性和溶剂型涂料体系中。
d.钼酸盐
碱式钼酸盐颜料以美国Sherwin－Williams公司开发的Moly-white系列最为出名。近年来该公司的新产品磷钼酸锌钙主要供水性底漆使用，磷钼酸锌供高固体份兴翻阅和粉末使用，以及专供磷化底漆使用的颜料。
（3）电化学作用型防锈颜料
起电化学作用的防锈颜料最主要是锌粉，富锌漆在目前是大气环境下和海洋工程中最为普遍最为重要的防锈底漆。只有在酸性环境下，腐蚀介质易与锌粉生成氢气，才使用其它涂料。
以锌粉为颜料的富锌漆，在钢铁表面形成导电的保护涂层。锌的化学反应在涂层表面形成锌盐及锌的络合物等，这些生成物是极难溶的稳定化合物并觉积在涂层表面上，以防止氧、水和盐类的侵蚀，从而起到防锈效果，使钢铁得到保护。
3. 填料
填料，又称体质颜料，不具有着色和遮盖力。
最早体质颜料的应用显了增加涂料体积，起到填充作用，降低涂料成本。随着涂料技术的发展，体质颜料还可以提高涂料各方面的性能，在漆膜中，体质颜料用来改善涂料的流平性，不渗透性，光泽度等，也起着改善涂膜的机械性能，使漆膜经久坚硬耐磨等作用。体质颜料可以更有效地提高钛白粉的遮盖力，增加涂料的固体份含量，降低涂料的VOC值。
体积颜料主要有天然和人工合成两种，体积颜料的分类见表3-2。
表3-2 体积颜料的分类
化合物种类天然体质颜料合成体质颜料
氧化物和氢氧化物氧化铝、氧化镁氢氧化铝、氢氧化镁
二氧化硅和硅酸盐石英砂、硅藻土、滑石粉、高岭土、云母、煅烧二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅铝酸钙
碳酸盐方解石、白垩、白云石、菱镁石沉淀碳酸钙
硫酸盐重晶石、石膏沉淀硫酸钡
其他体质颜料软木粉、褐块石棉玻璃珠、玻璃纤维、聚合物纤维