高性能涂料的生产主要是为了满足汽车涂料、工业涂料和卷材涂料的市场需求。对这些涂料来说,户外耐久性是最重要的性能,因此,决定颜料选择的关键在于综合考虑颜料的色彩和性能。
如今,人们的期望越来越高,表面涂装厂商正面临严峻的挑战。为了获得尽可能多的利益,在竞争中把自己与其他众多的供应商区别开来的创新能力尤其重要。
任何一个配方的颜料组分都能够提高或降低具有保护作用的色漆涂层的综合性能。颜料的耐化学品性能在碱性很强的水泥基涂料或硅酸盐涂料中是极为重要的。在伪装用途和不能承受热量积累的底材例如:PVC挤出物,乙烯基壁板和一些卷材涂料上,颜料的作用是决定性因素。如果需要尽可能减少保持在保护性涂层中的热量,红外反射涂料,如Cl颜料黑30,是黑色涂料的颜料的首选。有越来多的特殊要求者希望颜料供应商提供既有功能性又有装饰性的颜料,从而能提高涂层的耐久性。
本文讨论颜料优化高性能涂料的耐久性的作用,主要是针对卷材涂料,因为卷材涂料代表了这个具有很高特定要求的市场的一个快速成长的部分。文中讨论了无机颜料的优点,并推导了紫外线不透明度、加速老化与涂层使用寿命的直接关系。以蓝色为例,特制了具有最佳的色彩、着色力、可见光和紫外线不透过性和耐候性的颜料。从而给涂料制造商提供了低成本、高性能的色彩解决方案。
为了保证表面涂装厂商能够满足甚至超过日益增长的市场需求,颜料设计必须把功能而不是把色彩置于首要位置。
应用的要求
需要高耐久性的涂料包括户外砖石建筑涂料,卷材涂料,海洋涂料和“超耐久性”的粉末涂料。户外涂料长期处在紫外光照射、潮气和氧存在的环境中,易受高温破坏。即使最稳定的树脂体系,这些因素结合起来也会引起基料的降解。没有足够的保护通常就会产生失光、褪色、涂层开裂、粉化、脱层等明显的老化现象。
加工的要求
金属氧化物无机颜料的内在的热稳定性和化学稳定性,为涂料工程师提供了在需要高温加工时的一种独特的色彩解决方案。易分散性以及絮凝稳定性,是影响无机颜料选择的有利的特性。
基料体系的要求
无机颜料适应不同pH值的体系,例如,酸催化的涂料,高碱性的硅酸盐砖石涂料,水泥浆和具有高反应活性的工程聚合物,如聚酰胺和一些共聚物。
基料的降解
大部分聚合物基料都具有内在的不稳定性,处在有潮气、氧和紫外线的环境中会发生老化。紫外线在这种光催化链式反应中起引发剂的作用。如图1所示。
颜料的正确选择对增加或降低基料的稳定性具有关键的作用。以白漆为例,钛白的光活性实际上加速了这种降解过程;锐钛的光活性远远高于金红石型的光活性。
金红石吸收能量大于3.05eV的光子(nm),锐钛吸收能量大于3.20eV的光子(nm)。钛白每吸收一个光子,产生一个电子-空穴对。电子进入导带,并在价带上留下一个空穴。通常电子会回落到价带,并与空穴重新结合。然而,在有些例子中,质子空穴会迁移到钛白粉颗粒的表面,引发以下反应:
羟基氧化成羟基自由基。
Ti4+还原成Ti3+阳离子。
氧还原成氧自由基
游离自由基与水发生反应,形成过氧化氢及羟基自由基。
自由基扩散到周围的有机介质中
颜料的选择对基料稳定性的影响
在研究具有内在不稳定性的体系的着色性时,其中在不稳定的基料中已用钛白着色时,颜料必须同时满足色彩和功能的要求。例如,配制一种彩色涂料时,颜料应作为紫外线吸收剂或反射剂,从而阻止紫外线透射到基料中。因为透射到基料中的紫外线会引起基料降解(见图2)。
影响颜料选择的因素
通常说来,高性能颜料包括无机颜料和有机颜料。无机颜料着色力相对较弱,但是不透明性和耐久性极好;有机颜料成本较高,能够提供极好的着色力,但是不透明性较差。涂料工程师很难在色彩与着色力,长期性能与着色成本之间做出选择。在所有的应用中,颜料的选择都是视用途而定。
卷材涂料是涂装技术快速发展的重要领域之一。因为这种涂装方法提供了在便宜的金属底材上着色的成本低廉的方法,涂装过程的排放物少。人们通常要求卷材涂装厂商提供25年的使用期保证。这使得涂料耐久性成为真正的难题。粉化、褪色、失光、开裂、脱层,这些都是已发生降解的明显现象。尤其在建筑业中,这一问题倍受