環保涂料中的高性能炭黑顏料
2009-08-17 10:22 來源:涂料與油墨 責編:樂軒
- 摘要:
- 使用紫外固化涂料和顏料炭黑來產生深黑色不太容易。主要的問題是顆粒尺寸。在文獻中我們看到的配方使用了25納米的顏料炭黑,使用了氧化處理并為使用了高反應性催干劑,以及特定的丙烯酸樹脂。由于黑色能阻礙輻射,所以最好使用苯胺黑,效果更好。
現在全球的炭黑類產品消費量大約是680萬噸。主要用于橡膠工業,所以也叫橡膠炭黑。只有大約55萬噸是顏料炭黑。
這種顏料是按照顏料相關的工藝制造的。而與之相反,橡膠炭黑的原料要求最主要的只有一點,就是含硫必須很低。
顏料炭黑的顆粒大小是一個主要指標,這能夠調整和影響應用時的色相。所以生產時必須時刻注意這個參數,同時要控制好顆粒形態――也叫作結構。這可以用DBP吸收值來表示,同時還有用pH值和950度以上的揮發性來表示的其他表面性能。
如前文所述,顏料炭黑的顆粒尺寸決定了色澤表現。基本規律就是――顆粒越小,使用時的顏色越深――對于幾乎所有應用和所有涂料體系都是如此。我們發現涂料油墨產品主要使用大約11納米,最大到100納米左右的顏料炭黑,和鈦白粉差不多。
為了有效分散和保持穩定,特別是顆粒很小的顏料炭黑,必須進行另外的表面處理。這是通過后處理來實現的,主要是氧化,這樣能增加官能團,主要是羧基。氧化后得顏料炭黑在顏料制造商的產品目錄中隨處可見。和一般顏料相比,它們的揮發度更高,pH值更低。生產時花費的時間越長,顏料的售價就越貴,當然性能也更好。
水性涂料在所有環保涂料中成本增加最多,特別是汽車用涂料和汽車修補涂料。面臨著在多種成膜物質體系中保持色相的問題,包括PE/CAB,2C-丙烯酸類,復合硝基纖維素類,熱塑性丙烯酸,特種聚乙烯以及水性丙烯酸和聚氨酯體系等。要在所有涂料體系中保持相同的黑色,確實是一個挑戰。對于水性涂料來說,我們需要小顆粒的顏料炭黑,如果有可能,需要和用在溶劑型涂料一樣大小或者差不多才行。不過此時的成膜物質體系潤濕能力有了很大差別。
在特定的溶劑型樹脂體系中,可以使用較少,或者不使用潤濕劑就能實現分散。但在水性涂料中,必須使用大比例的特種潤濕劑才行。顏料炭黑可能有些不同。如上所述,通過氧化工藝,可以在顆粒表面形成高密度的化學基團,并且使顏料表現出高酸性。這樣的顏料炭黑顆粒需要更多的氨基來中和,調整pH值到8左右。對于水性涂料,非氧化的顏料炭黑可以作為一個廉價替代品。
對于色彩和穩定性而言,成功的重要因素是潤濕劑的種類和數量。很多種潤濕劑都表現很好。考慮到需要的數量,參考數量可以是按照顏料炭黑微細顆粒的活性物質計算,大約75--100%。大顆粒的顏料需要的更少一點。
顏料炭黑色漿在研磨料中同樣受到顆粒尺寸的影響。一般在研磨料中使用15--20%比較好。
在最終涂料中,根據涂膜厚度的不同,按照樹脂固體數量計算,一般大約為5--10%。
對于工業應用,如上所述,是沒有必要使用微細顆粒的顏料炭黑的。顆粒尺寸大約25納米就足以達到涂料的使用要求。分散和穩定,成本都要比使用微細顆粒的顏料炭黑明顯經濟。
對于顏料炭黑來說,粉末涂料要“友好”得多了。
這是因為在擠出設備的分散能遠遠高于其他分散設備,一旦成功分散之后,沒有再次絮凝的機會。
顆粒大小對于黑度的規律在粉末涂料中同樣發生作用。
經過后處理的顏料和未經處理的顏料區別不大。我們通常在黑度方面看不到什么區別,只有undertone會有些改變。氧化處理的微細顆粒顏料炭黑(13納米)可以產生一種藍色相,這會使觀察者產生一種更黑的印象。只有1%的顏料炭黑用于粉末涂料,具有很好的遮蓋力,并且對于涂料流平性影響不大。
用于著色目的的大顆粒顏料炭黑,比如燈黑,由于其著色力相對比較低,所以很容易處理。
我們可以在紫外固化涂料體系中使用顏料炭黑嗎?
使用紫外固化涂料和顏料炭黑來產生深黑色不太容易。主要的問題是顆粒尺寸。在文獻中我們看到的配方使用了25納米的顏料炭黑,使用了氧化處理并為使用了高反應性催干劑,以及特定的丙烯酸樹脂。由于黑色能阻礙輻射,所以最好使用苯胺黑,效果更好。
使用后處理過的大顆粒顏料炭黑,只能用來生產黑色涂料和紫外固化油墨。
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