有机颜料的基础知识

一、几个基本概念

  1. 着色剂：顾名思义，从实用意义上来说，就是能够给被着色的物质赋予人们需要的颜色的物质。它们本身具有特定的颜色，包括各种彩色，还包括黑色、白色，以及黑白之间的灰色。着色剂分为染料和颜料。

  2. 颜料与染料：它们之间的主要区别有以下几个方面：

（1）溶解性，在使用过程中，染料是溶解的（有些染料也不是完全溶解，例如分散染料），颜料是不溶解的，或者说溶解度非常低。溶解性是个非常重要的指标，决定了颜料的很多性能，例如渗色、迁移等。有时为了提高某些使用性能，颜料在使用介质中需要增加一定的溶解度。某些颜料化的方法，也是利用颜料的溶解性。

（2）颜料在使用过程中是有晶型和粒子形态的，并且对颜料的颜色性能及应用性能起决定性作用。染料则没有这方面的要求。

（3）颜料的颜色基本代表了在使用介质中的颜色，只是随着冲淡比例的变化产生色光上不同的变化，但是根本颜色不会改变，也就是说，颜料在介质中的颜色就是颜料颗粒本身的颜色。染料在使用时要发生化学反应，所以它本身色粉的颜色与染色后的颜色会不同。

3. 有机颜料和无机颜料

   概念上不需要过多的解释了，主要说一下它们之间的区别

二、颜料的性能指标

（一）颜料作为商品，需要表述的性能指标

  1.1 着色性能

（1） 颜色的色光（色相）

很久以来，视觉判断一直是基本的有优势的颜色评价方法，依靠专业的色彩人员个人训练过的眼睛。什么人的眼睛可以作为标准？通常情况下很难界定。颜色评价技术的发展，已经形成较科学的评价体系，例如使用测试仪，可以做到定性和定量的用数据来描述颜色。

一个颜色的定义，靠口头是不能描述清楚的，例如，“红色”，什么叫做红色，即使你使用再多的修饰词，例如“洋红”、“砖红”、“波尔多红”，也并不准确。要制作出一个颜色的样品，例如色卡，就比较直观的定义了一个颜色。

对于实际应用来说，人们更习惯于根据需要的颜色，确定一个标准的颜料，然后根据特定的分散体系，将待测的样品与标准样品，分别制作成一定颜色深度的着色样品，然后比较试样与标准样的色差。常用的颜色系统有CIE*LAB系统，和XYZ三刺激值系统，可以相互转换。

（2） 着色力

着色力的概念，有绝对着色力和相对着色力。

绝对着色力，是基于颜料的吸光性，即在最大吸收波长或在整个可见光谱的总体吸光系数（后者可以按照不同光谱的分量）。

相对着色力，是样品与标准品之间，吸光系数进行比较得到的相对值。在达到相同色深时，样品颜料的数量与标准颜料数量相匹配的比值。不是总能找到精确的匹配，因为两者之间存在色光的固有差异，这种差异不能仅靠数量来消除，其颜色差异可以通过CIE*LAB系统表述出来。

颜料的色力根据颜料的应用条件，即展色方法不同，以及测定方法、评价方法不同，会有不同的结果。

（3） 遮盖力或透明度

是指颜料介质层隐藏底材颜色差异的能力，定义是一个确定数量的颜料着色的涂料，完全遮盖的面积，也可以指遮盖一个底材需要的图层的最小厚度。

一个涂层要有效的遮盖底材，必须要散射，散射的数量与涂层的厚度、涂层内光的吸收、底材的颜色差异的大小有关。

1.2 耐溶剂性和各种应用牢度

按照颜料的定义，应该在应用介质中不溶，但是绝对不溶是不可能的，根据介质不同或加工条件不同，或多或少会有些可溶性，因此在载体中的溶剂达到一定量的时候会出现重结晶、渗色、喷溢等，阻止颜料的溶解非常重要。控制颜料在介质中溶解性的因素包括：溶剂的选择、颜料的化学结构、粒子尺寸，加工温度。

检测颜料抗某种溶剂的一个试验方法：将颜料色粉用一片滤纸卷起，放在一个试管中，加入溶剂，颜料和溶剂的重量要确定。室温放置24小时，溶剂被染色的程度用来评价颜料的耐溶剂性。这个方法不能完全代表实际应用，但是可以判定趋势，有指导性。如果颜料有明显的溶解，颜料用在含有这种溶剂的介质中，就会发生颜色、流变性、牢度等的问题。

1.2.1 耐水性、耐皂洗、耐碱、耐酸：

有两个方面的含义，一个是在这些介质中的化学稳定性，第二个是在这些介质中的溶解性。概念不用过多的解释。主要是针对颜料的加工环境以及应用环境而言，例如滤饼的挤水转相过程，需要颜料要耐水，油墨印刷时要求颜料耐水，或碱水。再如，外墙涂料要求耐水泥或石灰的碱性，汽车洗涤要求汽车漆耐碱水和洗涤剂等。

一些色淀颜料，或颜料上含有游离的酸或碱性基团，在酸或碱中会形成盐，发生颜色的改变等。

这些性能的检测，都有标准的检测方法，对其评价是按照级别1—5级，5级最好。

要根据应用确定适当的检测方法，颜料直接暴露在酸碱等材料中，比颜料和漆料制作成图层，然后再接触酸碱等，得到的结果会很不同。

1.2.2包装物的印刷

根据包装材料和所包装的物品，要求的各种牢度很多，如耐奶酪、耐油、耐蜡、耐药品、耐消毒剂、耐蒸煮、热封口（包括印层颜色变化及对印膜的物理损坏、粘到仪器上）、耐覆膜和碾印等等，都要进行专项的检测。

1.2.3  纺织牢度

  主要指染色的纤维丝，或印染的纺织物，在加工过程或应用中保持颜色的能力。如缝纫、洗涤耐水、耐过氧化剂、耐次氯酸漂白、耐排汗（含酶）、摩擦、熨烫、干洗、溶剂、酸碱、耐保险粉、热压试验等。

1.3 迁移性

是指发生渗色和起霜现象。

起霜是指溶解的颜料从应用的介质中迁移到表面，擦去后，还会出现。

渗色是指，类似的材质接触时转移过去颜色。

迁移的程度与颜料的化学结构和粒子分布、含量有关。

迁移是与被着色全部组分都有关系，如增塑剂、聚合物、稳定剂。

1.4 对颜料应用时的加工过程的影响

1.4.1 Plate-out（延展性）：

混炼或碾压时，颜料在加工设备表面或本体系表面沉积颜料，一旦颜料膜擦掉，不会再出现。原因是润滑剂、增塑剂、稳定剂等与PVC介质之间相容性差，迁移到体系表面，把颜料粒子也带出来。（避免的办法是降低加工温度和颜料含量，以及加入硬化剂。）

1.4.2  Overpigmenrtation/Chalking（粉化或颜料溢出）：

主要指颜料载体不能把颜料完全包裹住，颜料超过临界体积浓度，颜料跑到漆膜的表面。原因：（1）颜料含量过高，或树脂含量过少，(2) 加工过程有问题，没有将颜料包裹进去，（3）颜料比表面积较大，同原因(1)，（4）树脂载体耐光耐候差。（5）颜料耐光耐候差。

粉化：含二氧化钛的着色涂料发生风化。机理是在潮湿条件下，对光敏感的二氧化钛在颜料和漆料之间发生作用，加大了在日光UV辐射下的漆料损坏。随着风化时间增加，颜料与介质分离，损坏了漆膜表面，以前分散好的颜料跑到涂膜的表面。颜料或载体材料耐候不好，促进发生粉化。

1.4.3 扭曲变形/聚合物中的成核作用

在聚合物冷却的过程中，颜料成为聚合物的结晶核心，使聚合物发生结晶，从而造成变形。颜料粒子的形状也对成核效果有影响。

1.5 耐光和耐候

1.5.1 耐光：颜料经过日光曝晒后，保持起初颜色的固有能力，测定要将颜料结合分散体系，不能仅曝晒颜料。大多数无机颜料和所有有机颜料，光照后都会变色。着色的体系对光敏感的因素包括：颜料的化学结构、物理参数（粒子分布、晶型）、体系中其他组分的性质。

耐光的检测已经使用氙灯作光源的标准仪器，评价也有色差评价替代了兰卡标准。

漆料、底材、颜料体积浓度、图层厚度、添加剂对检测结果都有影响。

1.5.2 耐候：光不是使颜料改变的唯一原因，其他因素如大气中水（甚至微量的）、气体、工业排放物、气候的改变等，这些因素结合，比仅有光照造成的破坏性要大。颜料着色的涂料体系抵抗气候中各种化学和物理因素（也包括光在内）的性质。

耐候的检测要求特定的环境，如光照强度、温度、湿度、沉淀物、氧气含量、空气组成等条件，会随着每天、每个季节在变化，在地球上的经纬度、高度，与工业区的接近程度等都有影响。因此在几个国家形成了工业标准。

加速老化仪，模仿户外环境， 但是对于颜色相似，化学结构不同的颜料，在氙灯下和日光下，曝晒得到的结果不同，原因是颜料对光谱的敏感差异，特别是在UV区域。

1.6 热稳定性

  主要是塑胶行业、纤维原浆着色的加工行业，一般要260—320℃，对有机颜料来说，是个致命的天生缺陷。仅有少数可以耐这个温度。大多有机颜料耐温仅100多度到200℃以下。

颜料的热稳定性有系统依赖性，不仅指介质的化学组成，还包括加工条件、分散程度、颜料含量。

在一个着色系统中，热变色的原因有：

    颜料热分解

    颜料与介质的化学反应

    颜料溶解在介质中

    颜料物理性质发生改变，如结晶转变，粒子尺寸

1.7 流动性

  一个体系的粘度，是整个组分决定的，包括各种组分之间的作用、成分的选择、分散条件，其中重点强调颜料的分散条件，如团聚体的打开、应用介质的润湿、分散程度、表面关系。

颜料的影响因素包括：浓度、比表面积、颗粒形状、表面结构。

1.8 粒子分布与着色介质的应用性能

  1.8.1 色力：在一定范围内，（如果没有发生颜料的自身散射时，即浓度低，或有TiO2冲淡）随着颜料粒子的减小，色力提高，但是达到半透明点以后，色力不会继续提高。（在透明体系中，有不按照这个规律的现象）。

  1.8.2 色调：粒子尺寸的增加，颜色的变化规律：

    黄色红移，橙色红移，黄光红色蓝移，蓝光红色黄移，棕色红移，紫色蓝移，蓝色红移。

  1.8.3 遮盖力、透明性

    相关因素：颜料的吸光系数（色力高的颜料，遮盖也高）、颜料与漆料的相对折射率、颜料分散程度、颜料散射系数。

  散射率跟颜料粒子的关系，在某个粒子尺寸，遮盖力有一个最大值，这个值要根据实际经验检测得到。这个尺寸往往与色力最高值的粒子尺寸不同。

                      λ

                 2.1 ×（np—nb）

  1.8.4 耐光、耐候性：颜料粒子越大，耐光耐候越好。

  1.8.5 分散性：颜料粒子分布窄的比分布宽的易于分散，颜料粒子大的易于分散，不是这么简单，分散是个复杂的过程。

    颜料粒子的大小与分散过程、再团聚、絮凝（浮色、发花）等有影响。

  1.8.6 光泽：与颜料分散和尺寸分布有关。粗粒子的光泽暗。

  1.8.7 耐溶剂和耐迁移性：粒子增大，溶解性降低，耐迁移增强。

  1.8.8 流动性：粒子增大，提高流动性，降低粘度。

1.9 颜料的分散

颜料粉的分散能力与很多因素相关：

与颜料特征相关的因素：化学组成、结晶形态、粒子分布、粒子形状、表面结构、制作颜料粉的加工过程，特别是干燥和研磨过程。

  漆料及其组分的物理、化学性质，包括极性、分子量、粘度、各个组分之间的相容性。

  固体或液体添加剂的物化性质