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| 汽车面漆用颜料的性能要求及主要类型 | |
| 毕克化学技术咨询 徐宗器 | |
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汽车涂料是一种高装饰性和高保护性的涂料。作为成膜物质中的一个重要组成，颜料，特别是用于汽车面漆的颜料，对保证汽车涂料的高装饰性和高耐久性有着十分重要的作用。配合现代化的外型设计，鲜艳或雅致的色彩是汽车生产商吸引客户并使之产生高质量内在性能的品牌联想的一个有效手段。随着颜料和涂料工业的发展及环保法规的加强，汽车面漆用颜料品种的推荐和采用也在不断地发生变化。一些高性能颜料的出现和因专利到期而普及（如DPP红），使一些性价比不太高的颜料逐渐淡出市场。而从毒性方面考虑，一些价廉色美的颜料，如铬黄和钼铬红等也不再在汽车涂料中采用。本文将根据笔者近年在工作中了解的欧洲汽车面漆中颜料的使用情况以及一些颜料公司的近期产品介绍，对当前在汽车面漆中推荐和使用的颜料作一介绍。不确之处，敬请有识者指正。
1汽车面漆用颜料的性能要求
汽车面漆用颜料应具有下列四方面的性能：
（1）优良的化学稳定性。
优良的化学稳定性不仅是指颜料有很好的耐各种化学品的牢度，如耐汽油、耐润滑油、耐酸、耐碱、耐溶剂（抗渗色）、耐盐雾、耐水、耐湿热，而且在各种气候条件下户外长期使用时有很好的耐日晒雨淋、耐紫外线、耐二氧化硫的牢度，即有优良的保光、保色、耐粉化的户外耐久性。另外，考虑到汽车涂料固化时的过烘烤试验，还应有较高的耐热温度（180℃）。
（2）优良的色彩性能。
在良好的分散状态下颜料所展现的颜色、色相和饱和度应能满足用户的要求。通常要有较高的着色力和涂膜光泽。不透明的颜料应有较高的遮盖力，透明的颜料要有很好的透明性。此外，颜料的色彩重现性要好，即不同批次同一牌号的颜料要有很窄的主色、色相、着色力等颜色指标的容许范围。
（3）良好的应用性能。
在研磨分散和配漆时，颜料要有很好的分散性、抗絮凝性和贮存稳定性，所得色浆要有很好的流动性以满足现代汽车涂料制造时电脑自动配色的工艺要求。
（4）低毒性。
2汽车面漆用颜料的主要类型
2.1无机颜料
当前可用于汽车面漆的无机颜料主要有钛白、炭黑、氧化铁颜料、钒酸铋黄、金属氧化物混相颜料以及作为效果颜料的闪光铝粉和云母珠光粉等。本文不准备讨论铝粉和珠光粉这两种效果颜料。经过包膜等表面处理而提高了耐光、耐候性的铅铬黄（PY34）和钼铬红（PR104）就毒性之外的性能而言是适用于汽车涂料的，但由于毒性，已不再在汽车涂料中使用。同样理由而禁用的还有镉红。钒酸铋黄是20世纪80年代商品化的一种无机黄颜料（PY184）。其化学组成为BiVO4/nBi2MoO4，是钒__酸铋和钼酸铋的一种两相颜料，色相接近于柠檬黄。化学式中n=0.2~2，绿相随n数值的增大而增加。它的最大特点是毒性极低，颜色明亮清洁，有优良的耐热、耐候、耐光、耐化学品和耐溶剂性。其遮盖力很好，相似于钛白而有较高的着色力，是铬黄颜料理想的无毒替代品。缺点是密度高（7左右），易沉淀。金属氧化物混相颜料是一类化学稳定性极佳的无机颜料。在稳定的金属氧化物的晶体结构中，有色的金属离子能呈现其颜色。混相颜料可以看作金属氧化物的固体溶液。不同的氧化物的组成能产生不同的颜色，如钛镍黄（PY53，NiO·Sb2O3·20TiO2）、铬锑钛棕（PBr24，Cr2O3·Sb2O3·31TiO2）、钴蓝（PB28，CoO·Al2O3）和铜铬黑（PBk28，CuO·Cr2O3）等。这类颜料的特点是有很好的耐高温、耐酸、耐碱、耐光和耐候性，缺点是着色力低，某些品种的分散性不够好。它们的主要用途是陶瓷和搪瓷着色，在涂料中主要用于耐高温和卷材涂料。在汽车面漆中可用于浅色的金属闪光底色漆。
2.2有机颜料
2.2.1偶氮颜料
偶氮颜料的色泽鲜艳，着色力强，色谱较广，主要有黄、橙、红、棕等。但传统的单偶氮和双偶氮颜料的耐光、耐热、耐溶剂及耐迁移性等牢度较差，不宜在汽车面漆中使用。对偶氮颜料在化学结构上进行改性能改进它们的各种牢度性能。改性主要有2个方向：一是导入能提高化学稳定性的基团，二是增加相对分子质量并相应增加分子中的酰胺基团。前一种改性的成功品种是苯并咪唑酮偶氮颜料。它们的性能很好，满足汽车面漆的要求。苯并咪唑酮可看作是环状酰胺结构。颜料研究者发现：在偶氮颜料的分子结构中，酰胺基越多，其耐光、耐热、耐溶剂等性能就越好。如在色酚AS系红色单偶氮颜料中除分子中原有的一个酰胺基之外，再导入一个酰胺基（如PR170和PR188），就能使改性后颜料的性能基本上达到汽车面漆的要求，考虑到性价比而可在汽车面漆中使用。后一种增加相对分子质量方法的代表品种是缩合偶氮颜料。这种偶氮颜料是通过缩合的方法将两个单偶氮颜料联在一起，既增加了相对分子质量又增加了分子中酰胺基的数目，因而提高了性能。缩合偶氮颜料有很好的耐热和耐迁移性，性能上能符合汽车面漆的要求，但其着色力相对较低。目前主要在塑料和合成纤维中使用，已不再在汽车面漆中推荐。
2.2.2酞菁颜料
酞菁颜料是一类性价比较高的高性能颜料，其色谱为蓝和绿。涂料用的酞菁颜料在耐光、耐热、耐溶剂等各种抗性上都能满足汽车面漆的要求。在汽车面漆中通常推荐抗絮凝型的品种，如PB15∶2、PB15∶4、PB15∶6、PG36和某些PG7。
2.2.3稠环和杂环颜料
（1）喹吖啶酮颜料
这是一类具有很好综合性能的颜料，适用于汽车面漆。根据其取代基和晶型的不同，颜色有蓝相红（如R122及γ型PV19）和红相紫（β型PV19）等。
（2）苝系颜料
苝系颜料是由还原染料转化来的一种颜料，其色谱主要是红、酱红和紫，也有棕（PBr26）和黑（PBk32）。苝系颜料也属于高性能颜料，其综合性能也很好，但一些早期产品在低浓度时的耐光牢度不够好。近年来通过改进，很多产品已不再存在这个问题而可以高度冲淡仍保持很好的耐光牢度，可作配色或在金属闪光底色漆中使用。
（3）DPP颜料
DPP，即吡咯并吡咯二酮，是Ciba公司在1986年推出的一种颜色饱和度高，综合性能好的以红色为主的颜料。色谱中除红色外，尚有橙、紫，由不同的取代基所决定。这类颜料中最早推出的是不透明的大红PR254（DPP红BO），现在也有高透明性的蓝相红PR264。随着DPP颜料的专利在2003年的到期，这类颜料的生产和应用逐渐增多。
（4）二嗪颜料
二嗪颜料中最有名的是咔唑二嗪紫PV23。它的着色力非常高，在非常低的浓度下也有很好的耐光牢度，其它性能也很好。缺点是在分散时不容易解絮凝。虽然也有抗絮凝型的产品问世，但与白漆混合后的抗浮色发花试验（指擦试验）的结果仍难于满意。近年来，二嗪颜料中又出现了一个新品种PB80，化学名称为苯并咪唑酮二嗪。它兼备了苯并__咪唑酮结构和二嗪结构的化学稳定性，其各种性能十分优良，并且着色力比PV23还高，色相为红相蓝。
（5）异吲哚啉和喹酞酮颜料
异吲哚啉系颜料中以四氯异吲哚啉酮中的PY109（绿相黄）和PY110（红相黄）及异吲哚啉PY139（红相黄）较为常用。这也是一类适用于汽车面漆的颜料，色谱除黄色之外，尚有橙、红、棕等。喹酞酮也是一种性能很好的颜料。目前仅有BASF公司的PY138（绿相黄）仍推荐于汽车面漆中使用。
（6）蒽醌类颜料
蒽醌类颜料也是由还原染料发展而成。在汽车面漆中目前常用的主要有蒽醌红PR177和阴丹酮蓝PB60，此外尚有二溴代蒽缔蒽酮红PR168。蒽醌类颜料中以前还常提到黄烷士酮PY24（红相黄）和蒽嘧啶PY108（绿相黄），由于性能不很突出，现已不再在汽车面漆中推荐。除了苝和蒽醌之外，其它的还原颜料尚有芘酮和硫靛。芘酮（perinone）类颜料的性能与苝系颜料相近，其中PO43性能较好。硫靛类颜料中以前常推荐的有PR88，是一种红相紫，现已不再在汽车面漆用颜料的产品目录中出现。
2.2.4金属络合颜料
有机颜料结构中如有络合的金属原子，则其耐热、耐溶剂和耐光牢度等性能大大提高。其实酞菁颜料就是铜的络合颜料，因它是一个大类，就单独列出了。其它的金属络合颜料中曾在汽车面漆中应用的主要有镍偶氮络合物（代表品种为绿相黄PY150和黄相绿PG10）和金属亚甲胺络合物（如亚甲胺铜络合物PY129，亚甲胺镍络合物PY153和PR257）。除PR257之外，其余的金属络合颜料因种种原因已不再在汽车面漆中推荐。
3各色颜料概述
3.1白色颜料
在汽车面漆中使用的白色颜料基本上是钛白。适宜的类型是ASTMD476分类中的第4类，即高耐久性（高抗粉化性）金红石型钛白粉，如在欧洲配方中常用的Kronos2310。各种牌号的钛白粉由于其表面处理和所用树脂体系的不同，适用的润湿分散剂也不同。通常应通过实验在酸性（如DISPERBYK-110），碱性（如DISPERBYK-161）和中性（如DISPERBYK-180）的3种分散剂中确定那一种最合适。对某一特定牌号的钛白粉在特定基料体系中的润湿分散剂一旦选定，不可轻易改动。因为钛白粉的分散稳定状态对复色漆的浮色发花现象影响较大。分散剂的用量在2%左右（助剂活性成分对颜料质量计，下同）。纳米级的二氧化钛又称透明二氧化钛，常在金属闪光底色漆中配合铝粉或珠光粉使用，是一种辅助型效果颜料。因其粒径小，比表面积大，分散剂的用量应较高。合适的分散剂为DISPERBYK-180，用量为10%~15%。
3.2黑色颜料
汽车面漆用黑色颜料基本上是炭黑。如作全黑漆则要用高色素炭黑，如Raven5000UltraII，Monarch1400和FW200。如用作配色，则可用低色素炭黑，如特黑100或中色素炭黑，如特黑4等。经过表面处理，pH值小于7的炭黑容易分散稳定；pH值大于7的炭黑分散稳定比较困难。炭黑的分散稳定应使用高相对分子质量解絮凝型的润湿分散剂，如DISPERBYK-161，DISPERBYK-2000，-2001，-2025等，用量根据其比表面积的大小在30%~90%之间。黑色颜料中的PBk10石墨和PBk34二硫化钼都是银灰色的片状颜料，可在金属闪光底色漆中与铝粉或珠光粉共用，能产生绸缎状的效果。石墨用于深灰色、二硫化钼用于浅灰色的底色漆。
3.3蓝色颜料
蓝色颜料以酞菁蓝为主。酞菁蓝颜料中α型带红光（PB15∶1，PB15∶2），β型带青光（PB15∶3，PB15∶4），ε型（PB15∶6）的红光更强。PB15∶2，PB15∶4和PB15∶6都是抗絮凝型颜料，在汽车面漆中优先推荐。但PB15∶1和PB15∶3在使用了3%~5%的增效剂BYKS-2100之后，其抗絮凝性也能大大提高而可在汽车面漆中使用。以上这些酞菁蓝都是酞菁的铜络合物。PB16是不含金属原子的酞菁蓝。它是一种绿相的略带荧光的蓝，性能略逊于含铜的酞菁蓝，但在浅色的金属色底__色漆中有较好的耐久性。除酞菁蓝之外，汽车面漆中也使用阴丹酮蓝PB60。PB60也是一种红光蓝，也有很好的耐光等性能。比PB60更红相的有前面已提到的性能优良、着色力很高的新品种——苯并咪唑酮二嗪PB80。对有机颜料，不论是蓝色或其它颜色，在汽车面漆中应用时一般都应使用高相对分子质量解絮凝型润湿分散剂。对溶剂型体系，除非有特殊提示，通常可使用DISPERBYK-161，-2000，-2001，-2025，-2163等，用量一般为15%~30%。对水性体系，可使用DISPERBYK-184，-190，-2010，-2015等，用量一般为20%~40%。
3.4绿色颜料
酞菁蓝颜料分子中4个苯环上的16个H原子被Cl和Br原子取代时，颜色就由蓝变为绿。取代的Cl原子越多，颜色就越绿，Br原子越多，绿色就越显黄相。汽车面漆中使用的酞菁绿颜料主要有2种：一种是PG7，每个铜酞菁分子中约有13~15个H原子被Cl原子所取代。10个Cl原子取代的铜酞菁称PB76，颜色在蓝和绿之间，为青色。另一种为PG36，由Cl原子和Br原子混合取代，取代数为12~15，其中Br原子数为4~10。PG36是黄相绿，其分散稳定性优于PG7，是抗絮凝型。一部分PG7的抗絮凝性不良，与PB15∶1和PB15∶3一样，在使用分散剂的同时，尚需添加3%~5%的增效剂BYKS-2100，才能使色浆有较好的分散效果（透明性、流动性和着色力等）。
3.5黄色颜料
对黄色无机颜料，目前适用的有钒酸铋黄和氧化铁黄，后者又有不透明和透明两类。不透明型氧化铁黄通常仅作配色之用，而透明氧化铁黄则在金属色底色漆中使用。适用于氧化铁黄的润湿分散剂是DISPERBYK-110和-180，用量对不透明型为7%，透明型的为25%。适用于钒酸铋黄的润湿分散剂是DISPERBYK-110，用量为10%。黄色有机颜料中可用的有苯并咪唑酮偶氮颜料，如PY151、PY154和PY175等。近年来Clariant公司推出了双偶氮颜料PY219，其具体化学结构式尚未披露，据推测是一种双苯并咪唑酮改性的双偶氮颜料。它是一种很绿相的黄颜料，性能十分优良，有很好的遮盖力和着色力，很高的光泽和色饱和度，是与钒酸铋黄一起使用的理想伴侣。Clariant公司近年推出的另一个高性能黄颜料是PY213，是苯并喹啉二酮改性偶氮颜料。苯并喹啉二酮的化学结构与苯并咪唑酮很接近，后者是含1个羰基的环状酰胺基（—NH—CO—NH—），而前者是含2个羰基的环状酰胺基（—NH—CO-CO—NH—），所以有很好的性能。异吲哚啉酮黄PY109和PY110、异吲哚啉黄PY139，PY185以及喹酞酮黄PY138是另外几种可用于汽车面漆的黄色有机颜料。如前所述，一些几年前还在汽车面漆中使用的黄色颜料，因种种原因目前已不再推荐。
3.6橙色颜料
橙色颜料中有苯并咪唑酮偶氮颜料PO36和PO62，DPP型颜料PO73，DPP与异吲哚啉的共结晶产品IragzinOrange2037（无CI名）和芘酮PO43。PO43有很好的各种牢度，较高的饱和度和很高的着色力，但作全色漆时在户外有发暗倾向，因此主要用于配色，在金属色底色漆中可模仿铜的效果。
3.7红色颜料
用于汽车面漆的红色无机颜料目前仅限于氧化铁红。和氧化铁黄一样，氧化铁红也有不透明和透明型两种，后者用于金属色底色漆。适用于氧化铁红的润湿分散剂及用量与氧化铁黄的相似。适用的红色有机颜料有偶氮、喹吖啶酮、苝、DPP和蒽醌几类。如前所述，偶氮类红色颜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单偶氮颜料PR170和PR188。PBr25是一种透明度很好的棕-酱红色颜料，常用于金属色底色漆。喹吖啶酮红中有PR122、PR202、PR207、PR209、γ型PV19及尚无CI颜料名的Ciba公司的RT-355-D（一种透明性和饱和度很好的黄相洋红）。γ型PV19是蓝相红。苝红中有PR178（以不透明型为主）、PR179（以透明型为主）、PR224等。DPP红中最为著名的是PR254（DPP-BO），此外尚有PR255（猩红），PR264（透明的蓝相红）以及DPP与喹吖啶酮的共结晶产品尚无CI颜料名的RT-380-D（蓝相透明红）和RT-390-D（高饱和度的透明猩红）。DPP类颜料在分散稳定时，除使__用高相对分子质量的解絮凝型润湿分散剂之外，应添加3%~5%的增效剂BYKS-2105。蒽醌红中有PR177和PR168（二溴代蒽缔蒽酮）。Ciba公司的PR177有A2BN和A3B两个牌号。A2BN有很好的透明性和色浆流动性，适用于汽车面漆，但A3B的色浆流动性差，主要用于油墨。Clariant公司的PR168猩红有不透明型（GO）和透明型（GOTrans）两种，是黄光红。PR168的耐光、耐候性很好，即使在低浓度时也有很好的牢度，但在某些烤漆中的重涂牢度不是最好。
3.8紫色颜料
汽车面漆用紫色颜料主要是咔唑二嗪紫PV23和β型喹吖啶酮PV19，后者是一种红相紫。除此之外尚有苝紫PV29和镍络合物PR257。PV29是透明性很好的高饱和度的紫色颜料。PR257也是红相紫，除满足汽车面漆的耐光、耐候等性能外，Clariant公司的PR257产品3RL有很好的遮盖力、分散性和解絮凝性。适用于汽车面漆的各色颜料的代表性商品见表1~6，供读者在选用颜料时参考。 表1 蓝色颜料 （图片）表2 绿色颜料 （图片）表3 黄色颜料 （图片）表4 橙色颜料 （图片）表5 红色颜料 （图片）（图片） 表6 紫色颜料 （图片） | |
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