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汽車(chē)面漆用顏料的性能要求及主要類(lèi)型

發(fā)表時(shí)間:2020-05-12

0前言

汽車(chē)涂料是一種高裝飾性和高保護性的涂料。作為成膜物質(zhì)中的一個(gè)重要組成,顏料,特別是用于汽車(chē)面漆的顏料,對保證汽車(chē)涂料的高裝飾性和高耐久性有著(zhù)十分重要的作用。配合現代化的外型設計,鮮艷或雅致的色彩是汽車(chē)生產(chǎn)商吸引客戶(hù)并使之產(chǎn)生高質(zhì)量?jì)仍谛阅艿钠放坡?lián)想的一個(gè)有效手段。隨著(zhù)顏料和涂料工業(yè)的發(fā)展及環(huán)保法規的加強,汽車(chē)面漆用顏料品種的推薦和采用也在不斷地發(fā)生變化。一些高性能顏料的出現和因專(zhuān)利到期而普及(如DPP紅),使一些性?xún)r(jià)比不太高的顏料逐漸淡出市場(chǎng)。而從毒性方面考慮,一些價(jià)廉色美的顏料,如鉻黃和鉬鉻紅等也不再在汽車(chē)涂料中采用。本文將根據筆者近年在工作中了解的歐洲汽車(chē)面漆中顏料的使用情況以及一些顏料公司的近期產(chǎn)品介紹,對當前在汽車(chē)面漆中推薦和使用的顏料作一介紹。不確之處,敬請有識者指正。

1汽車(chē)面漆用顏料的性能要求

汽車(chē)面漆用顏料應具有下列四方面的性能:

(1)優(yōu)良的化學(xué)穩定性。

優(yōu)良的化學(xué)穩定性不僅是指顏料有很好的耐各種化學(xué)品的牢度,如耐汽油、耐潤滑油、耐酸、耐堿、耐溶劑(抗滲色)、耐鹽霧、耐水、耐濕熱,而且在各種氣候條件下戶(hù)外長(cháng)期使用時(shí)有很好的耐日曬雨淋、耐紫外線(xiàn)、耐二氧化硫的牢度,即有優(yōu)良的保光、保色、耐粉化的戶(hù)外耐久性。另外,考慮到汽車(chē)涂料固化時(shí)的過(guò)烘烤試驗,還應有較高的耐熱溫度(180℃)。

(2)優(yōu)良的色彩性能。

在良好的分散狀態(tài)下顏料所展現的顏色、色相和飽和度應能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。通常要有較高的著(zhù)色力和涂膜光澤。不透明的顏料應有較高的遮蓋力,透明的顏料要有很好的透明性。此外,顏料的色彩重現性要好,即不同批次同一牌號的顏料要有很窄的主色、色相、著(zhù)色力等顏色指標的容許范圍。

(3)良好的應用性能。

在研磨分散和配漆時(shí),顏料要有很好的分散性、抗絮凝性和貯存穩定性,所得色漿要有很好的流動(dòng)性以滿(mǎn)足現代汽車(chē)涂料制造時(shí)電腦自動(dòng)配色的工藝要求。(4)低毒性。

2汽車(chē)面漆用顏料的主要類(lèi)型

2.1無(wú)機顏料

當前可用于汽車(chē)面漆的無(wú)機顏料主要有鈦白、炭黑、氧化鐵顏料、釩酸鉍黃、金屬氧化物混相顏料以及作為效果顏料的閃光鋁粉和云母珠光粉等。本文不準備討論鋁粉和珠光粉這兩種效果顏料。經(jīng)過(guò)包膜等表面處理而提高了耐光、耐候性的鉛鉻黃(PY34)和鉬鉻紅(PR104)就毒性之外的性能而言是適用于汽車(chē)涂料的,但由于毒性,已不再在汽車(chē)涂料中使用。同樣理由而禁用的還有鎘紅。釩酸鉍黃是20世紀80年代商品化的一種無(wú)機黃顏料(PY184)。其化學(xué)組成為BiVO4/nBi2MoO4,是釩__酸鉍和鉬酸鉍的一種兩相顏料,色相接近于檸檬黃?;瘜W(xué)式中n=0.2~2,綠相隨n數值的增大而增加。它的最大特點(diǎn)是毒性極低,顏色明亮清潔,有優(yōu)良的耐熱、耐候、耐光、耐化學(xué)品和耐溶劑性。其遮蓋力很好,相似于鈦白而有較高的著(zhù)色力,是鉻黃顏料理想的無(wú)毒替代品。缺點(diǎn)是密度高(7左右),易沉淀。金屬氧化物混相顏料是一類(lèi)化學(xué)穩定性極佳的無(wú)機顏料。在穩定的金屬氧化物的晶體結構中,有色的金屬離子能呈現其顏色?;煜囝伭峡梢钥醋鹘饘傺趸锏墓腆w溶液。不同的氧化物的組成能產(chǎn)生不同的顏色,如鈦鎳黃(PY53,NiO·Sb2O3·20TiO2)、鉻銻鈦棕(PBr24,Cr2O3·Sb2O3·31TiO2)、鈷藍(PB28,CoO·Al2O3)和銅鉻黑(PBk28,CuO·Cr2O3)等。這類(lèi)顏料的特點(diǎn)是有很好的耐高溫、耐酸、耐堿、耐光和耐候性,缺點(diǎn)是著(zhù)色力低,某些品種的分散性不夠好。它們的主要用途是陶瓷和搪瓷著(zhù)色,在涂料中主要用于耐高溫和卷材涂料。在汽車(chē)面漆中可用于淺色的金屬閃光底色漆。

2.2有機顏料

2.2.1偶氮顏料

偶氮顏料的色澤鮮艷,著(zhù)色力強,色譜較廣,主要有黃、橙、紅、棕等。但傳統的單偶氮和雙偶氮顏料的耐光、耐熱、耐溶劑及耐遷移性等牢度較差,不宜在汽車(chē)面漆中使用。對偶氮顏料在化學(xué)結構上進(jìn)行改性能改進(jìn)它們的各種牢度性能。改性主要有2個(gè)方向:一是導入能提高化學(xué)穩定性的基團,二是增加相對分子質(zhì)量并相應增加分子中的酰胺基團。前一種改性的成功品種是苯并咪唑酮偶氮顏料。它們的性能很好,滿(mǎn)足汽車(chē)面漆的要求。苯并咪唑酮可看作是環(huán)狀酰胺結構。顏料研究者發(fā)現:在偶氮顏料的分子結構中,酰胺基越多,其耐光、耐熱、耐溶劑等性能就越好。如在色酚AS系紅色單偶氮顏料中除分子中原有的一個(gè)酰胺基之外,再導入一個(gè)酰胺基(如PR170和PR188),就能使改性后顏料的性能基本上達到汽車(chē)面漆的要求,考慮到性?xún)r(jià)比而可在汽車(chē)面漆中使用。后一種增加相對分子質(zhì)量方法的代表品種是縮合偶氮顏料。這種偶氮顏料是通過(guò)縮合的方法將兩個(gè)單偶氮顏料聯(lián)在一起,既增加了相對分子質(zhì)量又增加了分子中酰胺基的數目,因而提高了性能??s合偶氮顏料有很好的耐熱和耐遷移性,性能上能符合汽車(chē)面漆的要求,但其著(zhù)色力相對較低。目前主要在塑料和合成纖維中使用,已不再在汽車(chē)面漆中推薦。

2.2.2酞菁顏料

酞菁顏料是一類(lèi)性?xún)r(jià)比較高的高性能顏料,其色譜為藍和綠。涂料用的酞菁顏料在耐光、耐熱、耐溶劑等各種抗性上都能滿(mǎn)足汽車(chē)面漆的要求。在汽車(chē)面漆中通常推薦抗絮凝型的品種,如PB15∶2、PB15∶4、PB15∶6、PG36和某些PG7。

2.2.3稠環(huán)和雜環(huán)顏料

(1)喹吖啶酮顏料

這是一類(lèi)具有很好綜合性能的顏料,適用于汽車(chē)面漆。根據其取代基和晶型的不同,顏色有藍相紅(如R122及γ型PV19)和紅相紫(β型PV19)等。

(2)苝系顏料

苝系顏料是由還原染料轉化來(lái)的一種顏料,其色譜主要是紅、醬紅和紫,也有棕(PBr26)和黑(PBk32)。苝系顏料也屬于高性能顏料,其綜合性能也很好,但一些早期產(chǎn)品在低濃度時(shí)的耐光牢度不夠好。近年來(lái)通過(guò)改進(jìn),很多產(chǎn)品已不再存在這個(gè)問(wèn)題而可以高度沖淡仍保持很好的耐光牢度,可作配色或在金屬閃光底色漆中使用。

(3)DPP顏料

DPP,即吡咯并吡咯二酮,是Ciba公司在1986年推出的一種顏色飽和度高,綜合性能好的以紅色為主的顏料。色譜中除紅色外,尚有橙、紫,由不同的取代基所決定。這類(lèi)顏料中最早推出的是不透明的大紅PR254(DPP紅BO),現在也有高透明性的藍相紅PR264。隨著(zhù)DPP顏料的專(zhuān)利在2003年的到期,這類(lèi)顏料的生產(chǎn)和應用逐漸增多。

(4)二嗪顏料

二嗪顏料中最有名的是咔唑二嗪紫PV23。它的著(zhù)色力非常高,在非常低的濃度下也有很好的耐光牢度,其它性能也很好。缺點(diǎn)是在分散時(shí)不容易解絮凝。雖然也有抗絮凝型的產(chǎn)品問(wèn)世,但與白漆混合后的抗浮色發(fā)花試驗(指擦試驗)的結果仍難于滿(mǎn)意。近年來(lái),二嗪顏料中又出現了一個(gè)新品種PB80,化學(xué)名稱(chēng)為苯并咪唑酮二嗪。它兼備了苯并__咪唑酮結構和二嗪結構的化學(xué)穩定性,其各種性能十分優(yōu)良,并且著(zhù)色力比PV23還高,色相為紅相藍。

(5)異吲哚啉和喹酞酮顏料

異吲哚啉系顏料中以四氯異吲哚啉酮中的PY109(綠相黃)和PY110(紅相黃)及異吲哚啉PY139(紅相黃)較為常用。這也是一類(lèi)適用于汽車(chē)面漆的顏料,色譜除黃色之外,尚有橙、紅、棕等。喹酞酮也是一種性能很好的顏料。目前僅有BASF公司的PY138(綠相黃)仍推薦于汽車(chē)面漆中使用。

(6)蒽醌類(lèi)顏料

蒽醌類(lèi)顏料也是由還原染料發(fā)展而成。在汽車(chē)面漆中目前常用的主要有蒽醌紅PR177和陰丹酮藍PB60,此外尚有二溴代蒽締蒽酮紅PR168。蒽醌類(lèi)顏料中以前還常提到黃烷士酮PY24(紅相黃)和蒽嘧啶PY108(綠相黃),由于性能不很突出,現已不再在汽車(chē)面漆中推薦。除了苝和蒽醌之外,其它的還原顏料尚有芘酮和硫靛。芘酮(perinone)類(lèi)顏料的性能與苝系顏料相近,其中PO43性能較好。硫靛類(lèi)顏料中以前常推薦的有PR88,是一種紅相紫,現已不再在汽車(chē)面漆用顏料的產(chǎn)品目錄中出現。

2.2.4金屬絡(luò )合顏料

有機顏料結構中如有絡(luò )合的金屬原子,則其耐熱、耐溶劑和耐光牢度等性能大大提高。其實(shí)酞菁顏料就是銅的絡(luò )合顏料,因它是一個(gè)大類(lèi),就單獨列出了。其它的金屬絡(luò )合顏料中曾在汽車(chē)面漆中應用的主要有鎳偶氮絡(luò )合物(代表品種為綠相黃PY150和黃相綠PG10)和金屬亞甲胺絡(luò )合物(如亞甲胺銅絡(luò )合物PY129,亞甲胺鎳絡(luò )合物PY153和PR257)。除PR257之外,其余的金屬絡(luò )合顏料因種種原因已不再在汽車(chē)面漆中推薦。

3各色顏料概述

3.1白色顏料

在汽車(chē)面漆中使用的白色顏料基本上是鈦白。適宜的類(lèi)型是ASTMD476分類(lèi)中的第4類(lèi),即高耐久性(高抗粉化性)金紅石型鈦白粉,如在歐洲配方中常用的Kronos2310。各種牌號的鈦白粉由于其表面處理和所用樹(shù)脂體系的不同,適用的潤濕分散劑也不同。通常應通過(guò)實(shí)驗在酸性(如DISPERBYK-110),堿性(如DISPERBYK-161)和中性(如DISPERBYK-180)的3種分散劑中確定那一種最合適。對某一特定牌號的鈦白粉在特定基料體系中的潤濕分散劑一旦選定,不可輕易改動(dòng)。因為鈦白粉的分散穩定狀態(tài)對復色漆的浮色發(fā)花現象影響較大。分散劑的用量在2%左右(助劑活性成分對顏料質(zhì)量計,下同)。納米級的二氧化鈦又稱(chēng)透明二氧化鈦,常在金屬閃光底色漆中配合鋁粉或珠光粉使用,是一種輔助型效果顏料。因其粒徑小,比表面積大,分散劑的用量應較高。合適的分散劑為DISPERBYK-180,用量為10%~15%。

3.2黑色顏料

汽車(chē)面漆用黑色顏料基本上是炭黑。如作全黑漆則要用高色素炭黑,如Raven5000UltraII,Monarch1400和FW200。如用作配色,則可用低色素炭黑,如特黑100或中色素炭黑,如特黑4等。經(jīng)過(guò)表面處理,pH值小于7的炭黑容易分散穩定;pH值大于7的炭黑分散穩定比較困難。炭黑的分散穩定應使用高相對分子質(zhì)量解絮凝型的潤濕分散劑,如DISPERBYK-161,DISPERBYK-2000,-2001,-2025等,用量根據其比表面積的大小在30%~90%之間。黑色顏料中的PBk10石墨和PBk34二硫化鉬都是銀灰色的片狀顏料,可在金屬閃光底色漆中與鋁粉或珠光粉共用,能產(chǎn)生綢緞狀的效果。石墨用于深灰色、二硫化鉬用于淺灰色的底色漆。

3.3藍色顏料

藍色顏料以酞菁藍為主。酞菁藍顏料中α型帶紅光(PB15∶1,PB15∶2),β型帶青光(PB15∶3,PB15∶4),ε型(PB15∶6)的紅光更強。PB15∶2,PB15∶4和PB15∶6都是抗絮凝型顏料,在汽車(chē)面漆中優(yōu)先推薦。但PB15∶1和PB15∶3在使用了3%~5%的增效劑BYKS-2100之后,其抗絮凝性也能大大提高而可在汽車(chē)面漆中使用。以上這些酞菁藍都是酞菁的銅絡(luò )合物。PB16是不含金屬原子的酞菁藍。它是一種綠相的略帶熒光的藍,性能略遜于含銅的酞菁藍,但在淺色的金屬色底__色漆中有較好的耐久性。除酞菁藍之外,汽車(chē)面漆中也使用陰丹酮藍PB60。PB60也是一種紅光藍,也有很好的耐光等性能。比PB60更紅相的有前面已提到的性能優(yōu)良、著(zhù)色力很高的新品種——苯并咪唑酮二嗪PB80。對有機顏料,不論是藍色或其它顏色,在汽車(chē)面漆中應用時(shí)一般都應使用高相對分子質(zhì)量解絮凝型潤濕分散劑。對溶劑型體系,除非有特殊提示,通??墒褂肈ISPERBYK-161,-2000,-2001,-2025,-2163等,用量一般為15%~30%。對水性體系,可使用DISPERBYK-184,-190,-2010,-2015等,用量一般為20%~40%。

3.4綠色顏料

酞菁藍顏料分子中4個(gè)苯環(huán)上的16個(gè)H原子被Cl和Br原子取代時(shí),顏色就由藍變?yōu)榫G。取代的Cl原子越多,顏色就越綠,Br原子越多,綠色就越顯黃相。汽車(chē)面漆中使用的酞菁綠顏料主要有2種:一種是PG7,每個(gè)銅酞菁分子中約有13~15個(gè)H原子被Cl原子所取代。10個(gè)Cl原子取代的銅酞菁稱(chēng)PB76,顏色在藍和綠之間,為青色。另一種為PG36,由Cl原子和Br原子混合取代,取代數為12~15,其中Br原子數為4~10。PG36是黃相綠,其分散穩定性?xún)?yōu)于PG7,是抗絮凝型。一部分PG7的抗絮凝性不良,與PB15∶1和PB15∶3一樣,在使用分散劑的同時(shí),尚需添加3%~5%的增效劑BYKS-2100,才能使色漿有較好的分散效果(透明性、流動(dòng)性和著(zhù)色力等)。

3.5黃色顏料

對黃色無(wú)機顏料,目前適用的有釩酸鉍黃和氧化鐵黃,后者又有不透明和透明兩類(lèi)。不透明型氧化鐵黃通常僅作配色之用,而透明氧化鐵黃則在金屬色底色漆中使用。適用于氧化鐵黃的潤濕分散劑是DISPERBYK-110和-180,用量對不透明型為7%,透明型的為25%。適用于釩酸鉍黃的潤濕分散劑是DISPERBYK-110,用量為10%。黃色有機顏料中可用的有苯并咪唑酮偶氮顏料,如PY151、PY154和PY175等。近年來(lái)Clariant公司推出了雙偶氮顏料PY219,其具體化學(xué)結構式尚未披露,據推測是一種雙苯并咪唑酮改性的雙偶氮顏料。它是一種很綠相的黃顏料,性能十分優(yōu)良,有很好的遮蓋力和著(zhù)色力,很高的光澤和色飽和度,是與釩酸鉍黃一起使用的理想伴侶。Clariant公司近年推出的另一個(gè)高性能黃顏料是PY213,是苯并喹啉二酮改性偶氮顏料。苯并喹啉二酮的化學(xué)結構與苯并咪唑酮很接近,后者是含1個(gè)羰基的環(huán)狀酰胺基(—NH—CO—NH—),而前者是含2個(gè)羰基的環(huán)狀酰胺基(—NH—CO-CO—NH—),所以有很好的性能。異吲哚啉酮黃PY109和PY110、異吲哚啉黃PY139,PY185以及喹酞酮黃PY138是另外幾種可用于汽車(chē)面漆的黃色有機顏料。如前所述,一些幾年前還在汽車(chē)面漆中使用的黃色顏料,因種種原因目前已不再推薦。

3.6橙色顏料

橙色顏料中有苯并咪唑酮偶氮顏料PO36和PO62,DPP型顏料PO73,DPP與異吲哚啉的共結晶產(chǎn)品IragzinOrange2037(無(wú)CI名)和芘酮PO43。PO43有很好的各種牢度,較高的飽和度和很高的著(zhù)色力,但作全色漆時(shí)在戶(hù)外有發(fā)暗傾向,因此主要用于配色,在金屬色底色漆中可模仿銅的效果。

3.7紅色顏料

用于汽車(chē)面漆的紅色無(wú)機顏料目前僅限于氧化鐵紅。和氧化鐵黃一樣,氧化鐵紅也有不透明和透明型兩種,后者用于金屬色底色漆。適用于氧化鐵紅的潤濕分散劑及用量與氧化鐵黃的相似。適用的紅色有機顏料有偶氮、喹吖啶酮、苝、DPP和蒽醌幾類(lèi)。如前所述,偶氮類(lèi)紅色顏料主要是苯并咪唑酮改性的,如PR176和PBr25以及增加了酰胺基的單偶氮顏料PR170和PR188。PBr25是一種透明度很好的棕-醬紅色顏料,常用于金屬色底色漆。喹吖啶酮紅中有PR122、PR202、PR207、PR209、γ型PV19及尚無(wú)CI顏料名的Ciba公司的RT-355-D(一種透明性和飽和度很好的黃相洋紅)。γ型PV19是藍相紅。苝紅中有PR178(以不透明型為主)、PR179(以透明型為主)、PR224等。DPP紅中最為著(zhù)名的是PR254(DPP-BO),此外尚有PR255(猩紅),PR264(透明的藍相紅)以及DPP與喹吖啶酮的共結晶產(chǎn)品尚無(wú)CI顏料名的RT-380-D(藍相透明紅)和RT-390-D(高飽和度的透明猩紅)。DPP類(lèi)顏料在分散穩定時(shí),除使__用高相對分子質(zhì)量的解絮凝型潤濕分散劑之外,應添加3%~5%的增效劑BYKS-2105。蒽醌紅中有PR177和PR168(二溴代蒽締蒽酮)。Ciba公司的PR177有A2BN和A3B兩個(gè)牌號。A2BN有很好的透明性和色漿流動(dòng)性,適用于汽車(chē)面漆,但A3B的色漿流動(dòng)性差,主要用于油墨。Clariant公司的PR168猩紅有不透明型(GO)和透明型(GOTrans)兩種,是黃光紅。PR168的耐光、耐候性很好,即使在低濃度時(shí)也有很好的牢度,但在某些烤漆中的重涂牢度不是最好。

3.8紫色顏料

汽車(chē)面漆用紫色顏料主要是咔唑二嗪紫PV23和β型喹吖啶酮PV19,后者是一種紅相紫。除此之外尚有苝紫PV29和鎳絡(luò )合物PR257。PV29是透明性很好的高飽和度的紫色顏料。PR257也是紅相紫,除滿(mǎn)足汽車(chē)面漆的耐光、耐候等性能外,Clariant公司的PR257產(chǎn)品3RL有很好的遮蓋力、分散性和解絮凝性。適用于汽車(chē)面漆的各色顏料的代表性商品見(jiàn)表1~6,供讀者在選用顏料時(shí)參考。

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