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有機(jī)顏料的基礎(chǔ)知識
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有機(jī)顏料的基礎(chǔ)知識和新產(chǎn)品簡介
一、幾個基本概念
1.著色劑：顧名思義，從實(shí)用意義上來說，就是能夠給被著色的物質(zhì)賦予人們需要的顏色的物質(zhì)。它們本身具有特定的顏色，包括各種彩色，還包括黑色、白色，以及黑白之間的灰色。著色劑分為染料和顏料。
2.顏料與染料：它們之間的主要區(qū)別有以下幾個方面：
?。?）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），顏料是不溶解的，或者說溶解度非常低。溶解性是個非常重要的指標(biāo)，決定了顏料的很多性能，例如滲色、遷移等。有時(shí)為了提高某些使用性能，顏料在使用介質(zhì)中需要增加一定的溶解度。某些顏料化的方法，也是利用顏料的溶解性。
?。?）顏料在使用過程中是有晶型和粒子形態(tài)的，并且對顏料的顏色性能及應(yīng)用性能起決定性作用。染料則沒有這方面的要求。
（3）顏料的顏色基本代表了在使用介質(zhì)中的顏色，只是隨著沖淡比例的變化產(chǎn)生色光上不同的變化，但是根本顏色不會改變，也就是說，顏料在介質(zhì)中的顏色就是顏料顆粒本身的顏色。染料在使用時(shí)要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以它本身色粉的顏色與染色后的顏色會不同。
3.有機(jī)顏料和無機(jī)顏料
概念上不需要過多的解釋了，主要說一下它們之間的區(qū)別
二、顏料的性能指標(biāo)
?。ㄒ唬╊伭献鳛樯唐?，需要表述的性能指標(biāo)
1.1著色性能
?。?）顏色的色光（色相）
很久以來，視覺判斷一直是基本的有優(yōu)勢的顏色評價(jià)方法，依靠**的色彩人員個人訓(xùn)練過的眼睛。什么人的眼睛可以作為標(biāo)準(zhǔn)？通常情況下很難界定。顏色評價(jià)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)形成較科學(xué)的評價(jià)體系，例如使用測試儀，可以做到定性和定量的用數(shù)據(jù)來描述顏色。
一個顏色的定義，靠口頭是不能描述清楚的，例如，“紅色”，什么叫做紅色，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(zhǔn)確。要制作出一個顏色的樣品，例如色卡，就比較直觀的定義了一個顏色。
對于實(shí)際應(yīng)用來說，人們更習(xí)慣于根據(jù)需要的顏色，確定一個標(biāo)準(zhǔn)的顏料，然后根據(jù)特定的分散體系，將待測的樣品與標(biāo)準(zhǔn)樣品，分別制作成一定顏色深度的著色樣品，然后比較試樣與標(biāo)準(zhǔn)樣的色差。常用的顏色系統(tǒng)有CIE*LAB系統(tǒng)，和XYZ三刺激值系統(tǒng)，可以相互轉(zhuǎn)換。
?。?）著色力
著色力的概念，有絕對著色力和相對著色力。
絕對著色力，是基于顏料的吸光性，即在*大吸收波長或在整個可見光譜的總體吸光系數(shù)（后者可以按照不同光譜的分量）。
相對著色力，是樣品與標(biāo)準(zhǔn)品之間，吸光系數(shù)進(jìn)行比較得到的相對值。在達(dá)到相同色深時(shí)，樣品顏料的數(shù)量與標(biāo)準(zhǔn)顏料數(shù)量相匹配的比值。不是總能找到**的匹配，因?yàn)閮烧咧g存在色光的固有差異，這種差異不能僅靠數(shù)量來消除，其顏色差異可以通過CIE*LAB系統(tǒng)表述出來。
顏料的色力根據(jù)顏料的應(yīng)用條件，即展色方法不同，以及測定方法、評價(jià)方法不同，會有不同的結(jié)果。
（3）遮蓋力或透明度
是指顏料介質(zhì)層隱藏底材顏色差異的能力，定義是一個確定數(shù)量的顏料著色的涂料，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。
一個涂層要有效的遮蓋底材，必須要散射，散射的數(shù)量與涂層的厚度、涂層內(nèi)光的吸收、底材的顏色差異的大小有關(guān)。
1.2耐溶劑性和各種應(yīng)用牢度
按照顏料的定義，應(yīng)該在應(yīng)用介質(zhì)中不溶，但是絕對不溶是不可能的，根據(jù)介質(zhì)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(dá)到一定量的時(shí)候會出現(xiàn)重結(jié)晶、滲色、噴溢等，阻止顏料的溶解非常重要。控制顏料在介質(zhì)中溶解性的因素包括：溶劑的選擇、顏料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、粒子尺寸，加工溫度。
檢測顏料抗某種溶劑的一個試驗(yàn)方法：將顏料色粉用一片濾紙卷起，放在一個試管中，加入溶劑，顏料和溶劑的重量要確定。室溫放置24小時(shí)，溶劑被染色的程度用來評價(jià)顏料的耐溶劑性。這個方法不能完全代表實(shí)際應(yīng)用，但是可以判定趨勢，有指導(dǎo)性。如果顏料有明顯的溶解，顏料用在含有這種溶劑的介質(zhì)中，就會發(fā)生顏色、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(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性，第二個是在這些介質(zhì)中的溶解性。概念不用過多的解釋。主要是針對顏料的加工環(huán)境以及應(yīng)用環(huán)境而言，例如濾餅的擠水轉(zhuǎn)相過程，需要顏料要耐水，油墨印刷時(shí)要求顏料耐水，或堿水。再如，外墻涂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。
一些色淀顏料，或顏料上含有游離的酸或堿性基團(tuán)，在酸或堿中會形成鹽，發(fā)生顏色的改變等。
這些性能的檢測，都有標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法，對其評價(jià)是按照級別1—5級，5級*好。
要根據(jù)應(yīng)用確定適當(dāng)?shù)臋z測方法，顏料直接暴露在酸堿等材料中，比顏料和漆料制作成圖層，然后再接觸酸堿等，得到的結(jié)果會很不同。
1.2.2包裝物的印刷
根據(jù)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（包括印層顏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(jìn)行專項(xiàng)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(yīng)用中保持顏色的能力。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、干洗、溶劑、酸堿、耐保險(xiǎn)粉、熱壓試驗(yàn)等。
1.3遷移性
是指發(fā)生滲色和起霜現(xiàn)象。
起霜是指溶解的顏料從應(yīng)用的介質(zhì)中遷移到表面，擦去后，還會出現(xiàn)。
滲色是指，類似的材質(zhì)接觸時(shí)轉(zhuǎn)移過去顏色。
遷移的程度與顏料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和粒子分布、含量有關(guān)。
遷移是與被著色全部組分都有關(guān)系，如增塑劑、聚合物、穩(wěn)定劑。
1.4對顏料應(yīng)用時(shí)的加工過程的影響
1.4.1Plate-out（延展性）：
混煉或碾壓時(shí)，顏料在加工設(shè)備表面或本體系表面沉積顏料，一旦顏料膜擦掉，不會再出現(xiàn)。原因是潤滑劑、增塑劑、穩(wěn)定劑等與PVC介質(zhì)之間相容性差，遷移到體系表面，把顏料粒子也帶出來。（避免的辦法是降低加工溫度和顏料含量，以及加入硬化劑。）
1.4.2Overpigmenrtation/Chalking（粉化或顏料溢出）：
主要指顏料載體不能把顏料完全包裹住，顏料超過臨界體積濃度，顏料跑到漆膜的表面。原因：（1）顏料含量過高，或樹脂含量過少，(2)加工過程有問題，沒有將顏料包裹進(jìn)去，（3）顏料比表面積較大，同原因(1)，（4）樹脂載體耐光耐候差。（5）顏料耐光耐候差。
粉化：含二氧化鈦的著色涂料發(fā)生風(fēng)化。機(jī)理是在潮濕條件下，對光敏感的二氧化鈦在顏料和漆料之間發(fā)生作用，加大了在日光UV輻射下的漆料損壞。隨著風(fēng)化時(shí)間增加，顏料與介質(zhì)分離，損壞了漆膜表面，以前分散好的顏料跑到涂膜的表面。顏料或載體材料耐候不好，促進(jìn)發(fā)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，顏料成為聚合物的結(jié)晶核心，使聚合物發(fā)生結(jié)晶，從而造成變形。顏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：顏料經(jīng)過日光曝曬后，保持起初顏色的固有能力，測定要將顏料結(jié)合分散體系，不能僅曝曬顏料。大多數(shù)無機(jī)顏料和所有有機(jī)顏料，光照后都會變色。著色的體系對光敏感的因素包括：顏料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理參數(shù)（粒子分布、晶型）、體系中其他組分的性質(zhì)。
耐光的檢測已經(jīng)使用氙燈作光源的標(biāo)準(zhǔn)儀器，評價(jià)也有色差評價(jià)替代了蘭卡標(biāo)準(zhǔn)。
漆料、底材、顏料體積濃度、圖層厚度、添加劑對檢測結(jié)果都有影響。
1.5.2耐候：光不是使顏料改變的**原因，其他因素如大氣中水（甚至微量的）、氣體、工業(yè)排放物、氣候的改變等，這些因素結(jié)合，比僅有光照造成的破壞性要大。顏料著色的涂料體系抵抗氣候中各種化學(xué)和物理因素（也包括光在內(nèi)）的性質(zhì)。
耐候的檢測要求特定的環(huán)境，如光照強(qiáng)度、溫度、濕度、沉淀物、氧氣含量、空氣組成等條件，會隨著每天、每個季節(jié)在變化，在地球上的經(jīng)緯度、高度，與工業(yè)區(qū)的接近程度等都有影響。因此在幾個國家形成了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
加速老化儀，模仿戶外環(huán)境，但是對于顏色相似，化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的顏料，在氙燈下和日光下，曝曬得到的結(jié)果不同，原因是顏料對光譜的敏感差異，特別是在UV區(qū)域。
1.6熱穩(wěn)定性
主要是塑膠行業(yè)、纖維原漿著色的加工行業(yè)，一般要260—320℃，對有機(jī)顏料來說，是個致命的天生缺陷。僅有少數(shù)可以耐這個溫度。大多有機(jī)顏料耐溫僅100多度到200℃以下。
顏料的熱穩(wěn)定性有系統(tǒng)依賴性，不僅指介質(zhì)的化學(xué)組成，還包括加工條件、分散程度、顏料含量。
在一個著色系統(tǒng)中，熱變色的原因有：
顏料熱分解
顏料與介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)
顏料溶解在介質(zhì)中
顏料物理性質(zhì)發(fā)生改變，如結(jié)晶轉(zhuǎn)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**強(qiáng)調(diào)顏料的分散條件，如團(tuán)聚體的打開、應(yīng)用介質(zhì)的潤濕、分散程度、表面關(guān)系。
顏料的影響因素包括：濃度、比表面積、顆粒形狀、表面結(jié)構(gòu)。
1.8粒子分布與著色介質(zhì)的應(yīng)用性能
1.8.1色力：在一定范圍內(nèi)，（如果沒有發(fā)生顏料的自身散射時(shí)，即濃度低，或有TiO2沖淡）隨著顏料粒子的減小，色力提高，但是達(dá)到半透明點(diǎn)以后，色力不會繼續(xù)提高。（在透明體系中，有不按照這個規(guī)律的現(xiàn)象）。
1.8.2色調(diào)：粒子尺寸的增加，顏色的變化規(guī)律：
黃色紅移，橙色紅移，黃光紅色藍(lán)移，藍(lán)光紅色黃移，棕色紅移，紫色藍(lán)移，藍(lán)色紅移。
1.8.3遮蓋力、透明性
相關(guān)因素：顏料的吸光系數(shù)（色力高的顏料，遮蓋也高）、顏料與漆料的相對折射率、顏料分散程度、顏料散射系數(shù)。
散射率跟顏料粒子的關(guān)系，在某個粒子尺寸，遮蓋力有一個*大值，這個值要根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)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：顏料粒子越大，耐光耐候越好。
1.8.5分散性：顏料粒子分布窄的比分布寬的易于分散，顏料粒子大的易于分散，不是這么簡單，分散是個復(fù)雜的過程。
顏料粒子的大小與分散過程、再團(tuán)聚、絮凝（浮色、發(fā)花）等有影響。
1.8.6光澤：與顏料分散和尺寸分布有關(guān)。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(qiáng)。
1.8.8流動性：粒子增大，提高流動性，降低粘度。
1.9顏料的分散
顏料粉的分散能力與很多因素相關(guān)：
與顏料特征相關(guān)的因素：化學(xué)組成、結(jié)晶形態(tài)、粒子分布、粒子形狀、表面結(jié)構(gòu)、制作顏料粉的加工過程，特別是干燥和研磨過程。
漆料及其組分的物理、化學(xué)性質(zhì)，包括極性、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(zhì)
顏料—漆料的界面關(guān)系
生產(chǎn)商要提供給顏料使用商產(chǎn)品質(zhì)檢單，其中著重描述的項(xiàng)目是關(guān)于顏色方面的指標(biāo)。實(shí)際上作為使用者，只能將直接由生產(chǎn)商移交過來的有關(guān)顏料的著色，甚至是顏色的測定作為參考，不能作為能否直接使用的依據(jù)，都應(yīng)該進(jìn)行檢測，即經(jīng)過跟使用過程類似的檢測過程，特定應(yīng)用條件下測試的結(jié)果，不能夠應(yīng)用于其他條件。作為顏料供應(yīng)商，有必要跟客戶說明這一點(diǎn)，不能以客戶沒有檢測能力為由，就將可能的責(zé)任歸于顏料制造商，這種做法不僅不能免除不必要的事故，而且是不公平的。
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