颜料与填料

颜料的通性付少海E-mail：[e-mail]颜料：颜料是一类有色（含白色）的微细颗粒状物质，不溶于分散介质中,是以“颗粒”展现其颜色为特征的一类无机或有机物质。染料：能将纤维或其他基质染成一定颜色且具有一定牢度的有机化合物。一、颜料的定义染料颜料相同点二者均为着色物质，均可用于纺织品的染色和印花，二者化学结构相似，发色基团相同。牢度不同摩擦牢度良好气候牢度和日晒牢度好颜色鲜艳度高颜色发暗应用领域纺织品、皮革橡胶、塑料、纺织品适用性不同具有选择性适合于所有织物物性不同可溶于水或其它有机溶剂不溶解在任何使用介质，强酸除外在基材表面的存在状态和作用力通过化学键或范德华力以分子状态上染以颗粒状态存在，与基材间没有作用力二、颜料的基本性质1、颜料结晶的特点1形成极细小的晶体，是在反应过程中形成的。2同一化学成分可以生成不同的多晶型和多晶系3自发结晶或引入晶核结晶的影响因素过饱和过冷是颜料结晶的主要驱动力。结晶不是越快越好，也不是越慢越好。影响因素：温度；pH；浓度；机械搅拌；时间；杂质和添加物。beta-晶型铜酞菁的X-射线衍射图alpha-晶型铜酞菁的X-射线衍射图2、颜料的光学性能A.颜料的颜色：化学组成，晶体结构，颗粒大小B、遮盖力颜料在透明的基料中使用使之变为不透明，完全遮住黑白格所需要的最少颜料。颜料和存在其周围介质折射率之差造成的。颜料名称折射率颜料名称折射率颜料名称折射率空气1.0碳酸钙1.58硫化锌2.37水1.33二氧化硅1.55金红石钛白粉2.71油1.48立德粉1.84锐钛型钛白粉2.55树脂1.55氧化锌2.02颜料粒径与着色力，遮盖力关系示意图，n—折射率k—吸收系数C、着色力某一种颜料与基准颜料混合后颜色强弱的能力。颜料对光的吸收；颜料的分散度。白色颜料粒径与着色力关系示意图，1－金红石型TiO2，2－ZnS3、颜料的颗粒性质以单晶存在，为颜料的最小结构单元。原生颗粒表面互相接触，是界面相邻单晶的组成物。由原生颗粒或凝聚体松散地组合在一起，通过边、角或菱组合在一起。分散就是将该颗粒破碎。颗粒大小的测量和表征采用SEM或TEM直接对颜料颗粒进行观察0246810120,00,51,01,52,02,5ParticleSize[µm]Particle[%]粒度分布曲线（DLS,或筛分法）4、颜料的表面性能表面能和比表面积颜料粒子内部的分子处在力场均衡状态，合力等于零。表面的分子则处于力学不均衡状态，横向合力为零，纵向合力为一垂直固体的力，使表面有收缩的倾向，粒子分散的越小，表面自由能越大，物系则越不稳定。S=6/ρd，S---比表面积；ρ---密度；d---颗粒直径•颗粒变大；•吸附其它分子、离子、基团等。•采用BET或吸油值等方法计算。表面电荷：颜料表面电荷的来源：1）颜料吸附电解质；2）颜料本身含有少量可电离的基团；3）来源于分散剂。Zeta电位表示颜料表面电荷数量的多少。如图所示，θ＝0°，完全润湿；90°θ0°部分润湿；180°θ0°，基本不润湿；θ180°,完全不润湿。表面吸附1）颜料表面存在很高的自由能；2）颜料表面电荷；3）表面原子或分子与其内部的不同，由于原子价或分子力的不饱和。吸油量颜料的吸油量是指每100g干粉颜料所能吸收的精制亚麻仁油的最低值，以g/100g表示。颜料的吸油量与颜料化学组成、粒径、形状、表面积、颗粒表面的微观结构、颗粒间的自由空隙大小等因素有关。颜料颗粒的平均粒径越小，比表面积越大，吸油量越大。5、颜料的稳定性能1颜料化学成分的稳定性2颜料耐化学药品的稳定性3颜料的耐光性、耐候性和耐热性6、颜料的分散稳定性漆膜在干燥过程中产生的流动漆膜中各颜料粒子微分迁移率不同。分离过程中颜料发生絮凝。漂浮1）花浮；水平方向颜色不同2）泛浮。垂直方向颜色不同。絮凝布朗运动和絮凝的关系颜料中水溶物的存在颜料中水份的存在以及pH水溶物可通过清洗去处，但容易引起成本增加；水溶物存在会使颜料吸附水分，与涂膜接触，形成空穴，破坏漆膜对底材的保护作用，盐分还会引起底材腐蚀。颜料吸收水分，根据不同颜料的应用情况，规定颜料合理的含水量。过酸过碱容易产生凝聚等分散问题。多数无机颜料具有较高的HLB值，显示出较强的亲水性，多数有机颜料属于亲油性颜料HLB可以实验和计算两种方法得到，HLB没有绝对值，是相对值，一般以石蜡的HLB值为0，油酸的HLB值为1，油酸钾的HLB值为20，十二烷基硫酸钠的HLB值为40作为标准。7、亲水亲油平衡值（HLB）影响颜料性能的主要因素•着色强度----分子结构，粒径大小及分布•耐晒牢度----分子结构•耐气候牢度---分子结构•色光鲜艳度--分子结构，粒径大小及分布•遮盖力---粒径大小及分布，颗粒要大•透明度---粒径大小及分布，颗粒要小•光泽度---粒径大小及分布，分布要均匀总结•易分散性---粒子的表面处理•耐迁移性---分子量与粒径大小•耐溶剂性---分子结构与分子量•晶型稳定性---晶格结构•抗絮凝性---晶格结构与粒子的表面处理•耐热性---分子结构与氢键•流变性---分子极性与介质的匹配性有机颜料的结构与性能分类方法色谱黄、橙、红、紫、棕、蓝、绿色颜料等功能性普通颜料、荧光颜料、珠光颜料、变色颜料等应用对象油漆和涂料专用颜料，油墨专用颜料，塑料和橡胶专用颜料，化妆品专用颜料等颜料分子结构偶氮类颜料和非偶氮类颜料一、有机颜料的分类有机颜料化学结构和性能的关系1、化学结构与色光的关系对偶氮颜料而言，若一端含有供电子基团，一端含有吸电子基团，则颜色加深。共轭系统越长，颜色越深。对色淀颜料，色光与金属离子有关；Na,Ba,Sr,Ca,Mn(黄光红---蓝光红)与颜料分子的取代基有关。2、化学结构与着色强度的关系增加颜料的芳香性，使其共轭系统变长；增加颜料的平面性。引入适当的取代基。上述做法均可提高颜俩对光的吸收能力。2、化学结构与耐迁移性能的关系增加颜料的分子量；降低有机颜料在应用介质中的溶解度；生成金属盐或络合物一、偶氮颜料分子结构中含有偶氮基的水不溶性的有机化合物，在有机颜料中是品种最多和产量最大的一类。偶氮染料是由芳香胺和杂环芳香胺以重氮化再与乙酰芳胺、2-萘酚、吡唑啉酮、2-羟基-3-耐甲酸或2-羟基-3-耐甲酰芳胺等偶合组分偶合，生成不溶性沉淀，即为一般的偶氮颜料。偶氮类颜料在这类颜料中，可根据颜料分子中所含有的偶氮基数目，或是重氮组分及偶合组分的结构特征进一步分类：1、乙酰基乙酰芳胺系颜料指颜料分子中只含有一个偶氮基而且它们的色谱为黄色和橙色，组成这类颜料的偶合组分主要为乙酰乙酰苯胺及其衍生物。如：汉沙黄10G，耐光牢度较好，但在有机溶剂中稳定性较差。ClNNO2NCHCOCH3CONHCl2-12、芳基吡唑啉酮系颜料芳基吡唑啉酮系颜料耐光性能良好，在醇类、芳烃中有少量渗性。主要用于涂料、油墨中，目前市场品种较少。NNNNCH3HOXYZXYZ颜料黄10ClHCl颜料橙6NO2CH3H3、-萘酚萘酚类颜料此类颜料也属于单偶氮颜料，只是它们以--萘酚为偶合组分且色谱主要为橙色和红色，为将其与黄色、橙色的单偶氮颜料相区分，故将其归类为-萘酚系列颜料。它们的耐晒牢度、耐溶剂性能和耐迁移性能都较理想，但是不耐碱。如：甲苯胺红（C.I.颜料红3）：HONNO2NH3C颜料分子中虽含有羟基，但能与它邻位中的偶氮基的氧原子生成氢键，降低了溶解度。4、色酚AS系列颜料指颜料分子中以色酚AS及其衍生物为偶合组分的颜料。需要指出的是，以色酚AS及其衍生物为偶合组分的颜料既有单偶氮的，也有双偶氮的，习惯上将那些双偶氮的归类为偶氮缩合颜料。它们的耐晒牢度、耐溶剂性能和耐迁移性能一般，主要用于印刷油墨和油漆。典型的品种有永固红FR（C.I.颜料红2）：CONHNClNHO2-45、苯并咪唑酮颜料苯并咪唑酮颜料得名于分子中所含的5-酰氨基苯并咪唑酮基团NNHNOCOHH苯并咪唑酮类有机颜料是一类高性能有机颜料，尽管在化学分类上属于偶氮颜料，但是它们的应用性能和各项牢度却是其他偶氮颜料不能相提并论的。苯并咪唑酮类颜料的色泽非常坚牢，适用于大多数工业部门。由于价格/性能比的原因，它们主要被应用于高档的场合，例如：轿车原始面漆和修补漆、高层建筑的外墙涂料以及高档塑料制品等。典型的品种有永固黄S3G（C.I.颜料黄154）：NNOHHHNNNCH3OOCF32-66、双偶氮颜料指颜料分子中含有两个偶氮基的颜料，在颜料分子中导入两个偶氮基一般有两种方法，a）以二元芳胺的重氮盐（如3,3’-二氯联苯胺）与偶合组分(如乙酰乙酰苯胺及其衍生物或吡唑啉酮及其衍生物)偶合；b）以一元芳胺的重氮盐与二元芳胺（如双乙酰乙酰苯胺及其衍生物或双吡唑啉酮及其衍生物）偶合。如：联苯胺黄Y12NClNCHCOCH3CONHNClNCHCOCH3HNOC2-2NHCH3NOOAOONH3CHNNNClCONHClCOHNCH3ClCH3ClCH3ClA=一般偶氮颜料使用时，有渗色和不耐高温等缺点，为提高耐晒、耐热、耐有机溶剂等颜料性能，可以通过芳香二胺将两个分子缩合成为大分子，这样制成的颜料为大分子颜料，或缩合偶氮颜料。俗称固美脱颜料，分子量一般在1000左右。二、酞菁颜料酞菁本身是一个大环化合物，不含有金属元素。作为颜料使用的酞菁类化合物主要是铜酞菁(CuPc)及其卤代衍生物。此外，还有钴酞菁及铁酞菁，但它们的用量极小。酞菁颜料的色谱主要是蓝色和绿色，它们具有很高的各项应用牢度，适合在各种场合使用。CNCNCCNCNCNCCNNNHHCNCNCCNCuCNCNCCNNNB15:0(蓝B）亚稳α-型酞菁蓝B15:1(蓝BS）稳定α-型酞菁蓝B15:2(蓝BS）抗结晶性、抗絮凝性的α-型酞菁蓝B15:3(蓝BGS）β-型酞菁蓝B15:4抗结晶性、抗絮凝性的β-型酞菁蓝B15:5γ-型酞菁蓝B15:6ε-型酞菁蓝CNCNCCNCuCNCNCCNNNCl(15~16)酞菁绿G结构式(P.G.7）CNCNCCNCuCNCNCCNNNClBrClBrClClBrClBrClBrBrClClClCl黄光酞菁绿G结构式(P.G.36）1、喹吖啶酮颜料化学结构是四氢喹啉二吖啶酮，习惯上称为喹吖啶酮。尽管喹吖啶酮颜料的分子量比酞菁颜料小得多，但它们像后者一样具有很高的耐晒牢度和耐气候牢度，因它们的色谱主要是红紫色，所以在商业上，常称其为酞菁红。主要用于调制高档工业漆，非常适宜用作轿车的原始面漆和修补漆，也适宜用作户外宣传广告漆。酞菁红(C.I.颜料紫19)：2-10NNOOHH三、多环颜料2、二噁嗪颜料该类颜料的母体为三苯二噁嗪：最典型的品种是永固紫RL（C.I.颜料紫23）。该颜料几乎耐所有的有机溶剂，所以在许多应用介质中都可使用且各项牢度都很好。该颜料的基本色调为红光紫，通过特殊的颜料化处理也可得到色光较蓝的品种。它的着色力在几乎所有的应用介质中都特别高。2-20NOON2-21ONNOClClNNC2H5C2H53、异吲哚啉酮系颜料和异吲哚啉系颜料异吲哚啉酮和异吲哚啉有机颜料分子的结构通式：当X1=H，X3=O时，称作异吲哚啉酮；当X1，X3=H时，称作异吲哚啉。2-22NHX3X1现有的异吲哚啉酮和异吲哚啉类颜料的生产工艺较为复杂，它们的色谱大多是黄色，具有很高的耐晒牢度和耐气候牢度，主要用于高档的塑料和涂料。典型的品种有C.I.颜料黄110和C.I.颜料黄139NHOClClClClNNHNOClClClCl异吲哚啉酮黄2RLTP.Y.110HNHNOOOHNNHNHOOO异吲哚啉黄P.Y.1393.6蒽醌颜料4、蒽醌颜料蒽醌颜料是指分子中含有蒽醌构造或以蒽醌为起始原料的一类颜料，它们也是一类较为古老的化合物，最初被用作还原染料。它们的色泽非常坚牢，色谱范围很广，但是生产工艺非常复杂，以致生产成本很高。由于价格/性能比的因素，并非所有的蒽醌类还原染料都可被用作有机颜料。3.6蒽醌颜料阴丹酮C.I.颜料蓝60：OONNOOHH蒽醌红168：OOBrBr3.8硫靛系颜料5、硫