
- 2019年7月10日-12日,上海攬境展覽主辦的2019年藍(lán)鯨國(guó)際標(biāo)簽展、包裝展...[詳情]
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環(huán)保涂料中的高性能炭黑顏料
2009-08-17 10:22 來(lái)源:涂料與油墨 責(zé)編:樂(lè)軒
- 摘要:
- 使用紫外固化涂料和顏料炭黑來(lái)產(chǎn)生深黑色不太容易。主要的問(wèn)題是顆粒尺寸。在文獻(xiàn)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(yīng)性催干劑,以及特定的丙烯酸樹(shù)脂。由于黑色能阻礙輻射,所以最好使用苯胺黑,效果更好。
現(xiàn)在全球的炭黑類(lèi)產(chǎn)品消費(fèi)量大約是680萬(wàn)噸。主要用于橡膠工業(yè),所以也叫橡膠炭黑。只有大約55萬(wàn)噸是顏料炭黑。
這種顏料是按照顏料相關(guān)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(diǎn),就是含硫必須很低。
顏料炭黑的顆粒大小是一個(gè)主要指標(biāo),這能夠調(diào)整和影響應(yīng)用時(shí)的色相。所以生產(chǎn)時(shí)必須時(shí)刻注意這個(gè)參數(shù),同時(shí)要控制好顆粒形態(tài)――也叫作結(jié)構(gòu)。這可以用DBP吸收值來(lái)表示,同時(shí)還有用pH值和950度以上的揮發(fā)性來(lái)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(xiàn)。基本規(guī)律就是――顆粒越小,使用時(shí)的顏色越深――對(duì)于幾乎所有應(yīng)用和所有涂料體系都是如此。我們發(fā)現(xiàn)涂料油墨產(chǎn)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。
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為了有效分散和保持穩(wěn)定,特別是顆粒很小的顏料炭黑,必須進(jìn)行另外的表面處理。這是通過(guò)后處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的,主要是氧化,這樣能增加官能團(tuán),主要是羧基。氧化后得顏料炭黑在顏料制造商的產(chǎn)品目錄中隨處可見(jiàn)。和一般顏料相比,它們的揮發(fā)度更高,pH值更低。生產(chǎn)時(shí)花費(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng),顏料的售價(jià)就越貴,當(dāng)然性能也更好。
水性涂料在所有環(huán)保涂料中成本增加最多,特別是汽車(chē)用涂料和汽車(chē)修補(bǔ)涂料。面臨著在多種成膜物質(zhì)體系中保持色相的問(wèn)題,包括PE/CAB,2C-丙烯酸類(lèi),復(fù)合硝基纖維素類(lèi),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(shí)是一個(gè)挑戰(zhàn)。對(duì)于水性涂料來(lái)說(shuō),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(guò)此時(shí)的成膜物質(zhì)體系潤(rùn)濕能力有了很大差別。
在特定的溶劑型樹(shù)脂體系中,可以使用較少,或者不使用潤(rùn)濕劑就能實(shí)現(xiàn)分散。但在水性涂料中,必須使用大比例的特種潤(rùn)濕劑才行。顏料炭黑可能有些不同。如上所述,通過(guò)氧化工藝,可以在顆粒表面形成高密度的化學(xué)基團(tuán),并且使顏料表現(xiàn)出高酸性。這樣的顏料炭黑顆粒需要更多的氨基來(lái)中和,調(diào)整pH值到8左右。對(duì)于水性涂料,非氧化的顏料炭黑可以作為一個(gè)廉價(jià)替代品。
對(duì)于色彩和穩(wěn)定性而言,成功的重要因素是潤(rùn)濕劑的種類(lèi)和數(shù)量。很多種潤(rùn)濕劑都表現(xiàn)很好?紤]到需要的數(shù)量,參考數(shù)量可以是按照顏料炭黑微細(xì)顆粒的活性物質(zhì)計(jì)算,大約75--100%。大顆粒的顏料需要的更少一點(diǎn)。
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(jù)涂膜厚度的不同,按照樹(shù)脂固體數(shù)量計(jì)算,一般大約為5--10%。
對(duì)于工業(yè)應(yīng)用,如上所述,是沒(méi)有必要使用微細(xì)顆粒的顏料炭黑的。顆粒尺寸大約25納米就足以達(dá)到涂料的使用要求。分散和穩(wěn)定,成本都要比使用微細(xì)顆粒的顏料炭黑明顯經(jīng)濟(jì)。
對(duì)于顏料炭黑來(lái)說(shuō),粉末涂料要“友好”得多了。
這是因?yàn)樵跀D出設(shè)備的分散能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他分散設(shè)備,一旦成功分散之后,沒(méi)有再次絮凝的機(jī)會(huì)。
顆粒大小對(duì)于黑度的規(guī)律在粉末涂料中同樣發(fā)生作用。
經(jīng)過(guò)后處理的顏料和未經(jīng)處理的顏料區(qū)別不大。我們通常在黑度方面看不到什么區(qū)別,只有undertone會(huì)有些改變。氧化處理的微細(xì)顆粒顏料炭黑(13納米)可以產(chǎn)生一種藍(lán)色相,這會(huì)使觀(guān)察者產(chǎn)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(duì)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(duì)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(lái)產(chǎn)生深黑色不太容易。主要的問(wèn)題是顆粒尺寸。在文獻(xiàn)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(yīng)性催干劑,以及特定的丙烯酸樹(shù)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(guò)的大顆粒顏料炭黑,只能用來(lái)生產(chǎn)黑色涂料和紫外固化油墨。
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