卷钢涂料用着色颜料的选择

1 引言

近年来，彩色涂层钢板的生产和应用在我国取得了长足的发展，从最初对颜色要求单一的建筑行业向装饰性要求更高的家电产品领域迈进，卷钢涂料的用量不断增加，品种不断丰富。由于受彩涂板涂装工艺的限制，卷钢涂料必须满足高温下迅速干燥的涂装条件。干燥过程中，钢板温度高达220 ～ 260 ℃，在通过烘炉的时候，炉温甚至高达400 ℃；加上应用中对彩板耐腐蚀、耐化学品、耐候性等要求，以及家电产品领域对含铅、汞、镉涂料的使用限制，使得卷钢涂料在选择着色颜料时受到诸多因素的制约。
 

2 颜料分类

目前，世界尚无统一科学的颜料分类方法。通常是按照生产方法、来源、组成、用途、功能、结构及颜色进行分类。

按其生产方法和来源可分为天然颜料和人工合成颜料；按颜料的化学组成可以分为无机颜料和有机颜料；按其在涂料中的具体功能和作用可以分为着色颜料、体质颜料、防锈颜料和功能颜料；按其颜色可以分为白、黑、黄、红、绿、蓝等各色颜料；按其化学结构进行分类，有机颜料分为偶氮颜料（单偶氮、双偶氮）、酞菁颜料、多环（杂环）颜料（包括喹吖啶酮、二噁嗪、DPP等）、芳甲烷颜料等；无机颜料可分为铁系颜料、铬系颜料、镉系颜料、锌系颜料、磷酸盐系颜料、钼酸盐系颜料、硼酸盐系颜料等金属系颜料。

2.1 无机颜料

无机颜料通常是金属的氧化物、硫化物和硫酸盐、铬酸盐、钼酸盐等盐类以及炭黑。这一类颜料不溶于普通溶剂和塑料，它们的热稳定性和光稳定性一般比有机颜料优良，但着色力较有机颜料差。无机颜料的相对密度较大，一般为2.5 ～ 5.0。表1 列举了部分适用于卷钢涂料的无机颜料。

表1 中的钴蓝、钛铬黄、钛镍黄属于高性能复合无机颜料，是由多种无机盐复合并经过高温煅烘而成。这类颜料还有钛绿、钛锰棕、铜铬黑等系列。其具有优异的耐光性、耐候性、耐高温性；良好的遮盖力、着色力、分散性；无渗色性、无迁移性；优异的耐酸、耐碱、耐化学腐蚀性，在PVDF 氟碳涂料中大量应用。

2.2 有机颜料

有机颜料相对无机颜料具有色彩鲜明、着色力强、密度小、吸油量大、色谱齐全等特点，且大多无毒性，但部分品种的耐光、耐热、耐溶剂和耐迁移性往往不如无机颜料。表2 列举了部分适用于卷钢涂料的有机颜料。

3 卷钢涂料选用着色颜料时应注意的因素

3.1 耐热性

耐热性通常指颜料在混入树脂后在热交联固化过程中所能耐受的最高温度，同时也指直接接触热源时的最高耐热温度。耐热性主要与化学结构和晶型有关，还与粒径、颜料表面处理等因素有关。在高温条件下，颜料易于产生降解反应，其中包括：脱氢反应、氧化反应、晶格结构的变化及分解。高温会导致颜料的分解，使涂料的光泽和颜色发生变化，有些颜料也会加速基料的降解，另外许多颜料冲淡后耐热性下降。卷钢涂料由于受涂装工艺和干燥条件的限制，对涂料的耐热性要求极其严格，色差一般要求ΔE ＜ 0.5 ～ 1.0，这就使卷钢涂料厂家在选择颜料时，不得不着重考虑颜料本身的耐热性。具体数据有些可在一般的颜料和涂料资料中查到，也可参阅颜料厂的商品资料，但使用前必须按照涂装要求亲自测定。一般来说，有机颜料的耐热性低于无机颜料。

卷钢涂料在选用红颜料时尤其要注重耐热性的考察。目前，随着市场竞争的加剧，有些厂家也在使用价格相对便宜的偶氮类颜料，如PR170。由于偶氮类颜料无论是在耐候性和耐温性等方面都有所欠缺，所以在选择时更要慎重，并且有些偶氮类颜料在超过200 ℃时会有有毒气体释放出来。不同的颜料厂家对耐热性能的检测标准略有不同，说明书上的耐热性数据只能作为参考，可根据不同涂装厂家的涂装参数及质量要求在实验室进行考察。以调制绯红颜色为例，如生产线板温为232 ℃，可以此板温的ΔE 为基准，分别测定在板温为210 ℃和250 ℃时的ΔE 值，ΔE 应在1.0 以内，

越小越好。有条件还应同时做不同板温下的人工加速老化考察。目前，国内有些卷钢涂料厂家为追求低成本也在使用部分铁黄颜料，普通铁黄颜料在150 ～ 200 ℃时开始脱水，颜色逐渐发红最终变成铁红。虽然经过表面包覆处理的铁黄脱水温度会有所提高，但也应慎重选择。

3.2 耐光性和耐候性

耐光性反映颜料在光照下变暗、褪色的程度，从严重到轻微分为1 ～ 8 级，8 级表示耐光性最好。耐候性更全面地反映颜料在户外自然条件下的牢度，从最差到最好分为1～5 级。颜料的耐光性和耐候性主要取决于其化学结构，与晶型、粒径、表面处理也有关系，许多颜料冲淡后耐光性和耐候性会有所下降。外用卷钢涂料要求拥有极佳的耐候性，至少要通过5 年的佛罗里达曝晒试验；对应用于家电等内用的卷钢涂料对耐光性要求很高，必须达到7 级以上。所以对应用于卷钢涂料中的颜料的耐候性要求也较为严格。通常，大部分无机颜料具有良好的耐光和耐候性，仅少数品种受到光照后其化学组成发生变化。而大多数有机着色颜料的耐光、耐候性较差。制定配方时，在充分考虑性能的要求下应尽量取二者之长，如在调制绯红配方时使用PR19 或PR122 与钼铬红或少量铁红制成的涂料具有较好的耐光性、耐热性和遮盖力，成本也不高。同时在选择着色颜料时还要注意其耐久性要与成膜物质相匹配，如在氟碳卷钢涂料中就应该尽量使用耐候性优异的无机复合颜料。

3.3 耐溶剂性

耐溶剂性不良的颜料绝大部分是有机颜料。如果颜料的耐溶剂性不好，颜料就会发生一系列的变化，如发生絮凝，导致使用性能下降。有些耐溶剂性差的有机颜料在强溶剂中溶解而渗色，例如在使用了耐溶剂性不好的酞菁蓝颜料和偶氮红颜料的配方中，涂装后溶解在溶剂中的颜料随着溶剂的挥发迁移至漆膜表面，用白色面巾纸往复擦拭彩涂板表面会有掉色现象发生。因此在选用有机颜料时必须经过实验室和涂装生产线测试之后再决定。
3.4 毒性

不同国家对毒性限制的标准是不同的，不同用途对毒性的限制标准也不同。一般而言，对无机颜料主要是限制重金属的含量，有时是限制总含量，有时是限制可溶性部分的含量。对有机颜料主要是限制某些芳胺和多氯联苯（PCB）等物的含量，它们可能作为中间体、溶剂或副产物存在于颜料中。针对国际市场对涂料的毒性和安全的要求，涂料的重金属含量都受限制，例如国际家电行业对铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、六价铬（Cr6+）、多溴联苯（PBB）、多溴联苯醚（PBDE）等有毒物质含量做了严格规定。欧美等发达国家对彩涂板中含有的重金属有毒物质对环境带来的污染极为重视，并已采取了有力措施。随着我国经济的发展，环保问题也已引起了我国的高度重视，相信不远的将来无毒环保的颜料将是卷钢涂料的首选。

3.5 其它因素

除以上因素外，在选择卷钢涂料用着色颜料时，也要结合产品用途，着重考察其分散性、着色力、遮盖力、耐酸碱和耐化学品性，甚至批次间的稳定性。如难以分散的颜料研磨时间较长，消耗能源较多，良好的分散性颜料的贮存稳定性也大大提高。部分无机和有机着色颜料会使涂料具有一定的触变性，由于卷钢涂料的涂装大多采用辊涂，而触变性强的涂料会严重影响涂装质量，在选择酞菁蓝和有机红颜料时应注意这一问题。另外颜色索引号相同的颜料的性能参数在不同的文献中可能相差较大，这可能是由颜料生产工艺、后处理方式、晶型、粒径等方面的差异引起的，所以选择颜料不能只看颜色索引号，还要注意品牌和型号。
 

4 结语

国内卷钢涂料市场竞争异常激烈，卷钢涂料厂家竞相压价，为追求利润，在颜料的选择上过于盲目，耐候性能差的低档颜料被大量使用。同时国内大量民营彩涂厂家对自身产品质量置若罔闻，一味降低涂装成本，有的彩涂板在使用1 年左右就出现不同程度的褪色、粉化、锈蚀等现象，质量事故屡有发生。正确地选择适合于某种用途的颜料品种是卷钢涂料配方设计的重要内容。对颜料品种的选择应在充分了解颜料性能特点的基础上进行全面的考虑。既要考虑颜料应用后所起的作用，又要考虑到经济合理性，卷钢涂料厂家应结合自身产品的特点，选择性价比合理的着色颜料。随着卷钢涂料竞争的加剧，如何扬长避短，做到既经济又合理是摆在技术人员面前的一个难题。