颜料及其分散行为.ppt

颜料是涂料中一个重要的组成部分，它通常是极小的结晶体，分散于成膜介质中。颜料和染料不同，染料是可溶的，是以分子形式存在于溶液之中，而颜料是不溶的。颜料会直接影响涂料的质量，颜料的质量和数量在很大程度上决定了涂料的质量。,颜料及其分散理论,一、颜料的作用 颜料最重要的作用是遮盖和赋予涂层以色彩，也会影响涂料的流变性、抗性、耐候性、耐化学品性，同时还关系到涂膜的机械性质。1、增加涂膜强度 涂膜的强度是指涂膜表面对作用于其上的硬物体表现的阻力，是涂膜承担碰撞、压陷或擦划而引起变形的能力。颜料的活性表面可以和基料的大分子链相结合而形成交联结构，当其中一条链受到应力作用时，即可通过交联点将应力分散。颜料粒子的大小和形状对涂膜强度很有影响，粒子愈细，增强效果愈好；强度愈大，涂膜就越不易断裂。,3.1 颜料的作用与性质,2、增加涂膜附着力 附着力是指涂膜与涂面结合的坚牢程度，是涂膜在经受高速率重力作用下从底材脱落的能力。因为涂料在固化时常常伴随有各种收缩作用而产生内应力，这会很大程度地影响涂料在基材上的附着，加入颜料可以减少收缩，因颜料常为非弹性物质，不易收缩，因此可以改善涂膜的附着力（粘着）。,3、改善流变性能 涂料的流变性是指涂料在承受应力下的不可逆形变。它最终可影响到干膜的质量。由于颜料可以提高涂料的粘度，赋予涂料以好的流变性，从而可减小其流挂性。有的颜料还能赋予涂料以触变性。触变性是涂料受到外力作用时暂时产生的一种粘度变化性质。施加搅拌等作用力时涂料粘度会降低，但停止作用力并静置一段时间后粘度又会恢复。但颜料使用不当也会使涂料的流变性变差，因颜料的密度通常较大，在涂料中易与其它组分分离而沉降。,4、改善耐候性 耐候性即是涂料本身对大气的耐久性，代表了涂料真正的实用价值。主要是指气候、季节、曝晒角度等对涂料的影响，具体是指光、温度、湿度、氧气等的影响，颜料能够降低这些因素的影响。例如成膜聚合物在紫外线辐射下会发生降解，而许多颜料可以吸收紫外线。颜料的颜色、粒径等会影响其吸收紫外线的能力。黑色颜料的耐候性最好；粒径小、表面积大的颜料耐候性也较好。,5、功能作用 不同的颜料会具有不同的功能作用，一些功能颜料具有特殊的物理化学特性，可以制备能抑制金属腐蚀的防蚀涂料；能防止水域污染物附着的防腐涂料等。6、降低光泽 在制造消光涂料时，需要通过添加颜料来达到目的。原理是颜料可破坏涂膜表面的平滑性，使反色光产生散射，以降低眼睛接受的光线量，从而降低光泽。消光涂料常用极细的、粒度分布狭窄的体质颜料。例如SiO2 就可达到很好的消光效果，,7、降低成本 有许多体质颜料也具有一定的作用，如 CaCO3、SiO2、滑石粉等，这类颜料称为体积颜料或体质颜料，也称为惰性颜料。它们可增强涂膜的机械强度、附着力、光泽度，调节水、气的渗透性，且价格便宜，加入涂料中不会影响涂膜的其它性质，可增加涂膜体积、极大降低成本。,1、颜料的遮盖力 颜料的遮盖力是指其遮盖住被涂物的表面，使之不能透过涂膜而显露的能力。颜料的遮盖力是其对光线的吸收和折射不同而形成的。当光线进入涂膜后，会在众多颜料颗粒上经过多次折射，光线出来以后就形成了高度的散射，从而赋予涂膜以遮盖力。颜料折射率越大，则散射程度越大，遮盖力就越强；颜料与所处介质的折射率差越大，遮盖力也越强。颜料的遮盖力可用下面公式预计：,二、颜料的性质,式中：n1颜料的折射率；n2 颜料所处介质的折射率。,例如 TiO2（金红石型）的折光率最大，它和聚合物间有最大的折光率差，因此是最好的白色颜料（遮盖最强）。而有些颜料如 SiO2等体质颜料，它和聚合物的折光率比较相近，对遮盖没什么贡献或贡献很小。要增大遮盖力，就是要增大两物质的折光率差，混合后其遮盖力就好。,例：1.黑板上用粉笔写字；2.胶襄形的聚合物空心球，可以提高聚合物的遮盖力，还可在空心球中放入钛白粒子。,空气是最好的白色颜料。,2、颜料的着色力针对彩色颜料而言 彩色颜料的着色力是以其本身的色彩来影响整个混合物颜色的能力。着色力愈大，颜料用量可愈少，成本降低。着色力与颜料本身特性相关，与其粒径大小也有关，颜料的分散性也影响着色力。一般说来，粒径愈小着色力愈大，有机颜料比无机颜料着色力高。着色力与遮盖力无关，较为透明的颜料遮盖力低，但它也可以有很高的着色力。,影响遮盖力的主要因素是折光率，除此之外，吸光力也会有影响。吸光能力强的物质遮盖效果也好，因光的穿透性就弱。例如炭黑，其折光率并不大，但吸光很强，因此其遮盖力也较强。,3、耐光牢度 颜料仅仅能给涂料以良好的原始色泽是远远不够的，我们希望涂膜的色泽必须持久，最好能保持到涂膜本身破坏为止。但许多颜料在光的作用下都会褪色，发暗或色泽变坏，因此其耐光牢度各不相同。4、渗色性 不同色泽的涂膜之间会互相渗透，而在交界处产生第三色涂膜，这种现象称“渗色”。渗色的主要原因是颜料颗粒的渗透扩散作用。红色的有机颜料特别易于渗色。,5、颜料颗粒大小与形状,颗粒大小,颜料粒子的大小直接影响颜料的遮盖力和着色力。粒度越小，分散度越大，反色光的面积越多，因而遮盖力越大，对大多数颜料而言，最有效的粒子尺寸为可见光的一半。即平均粒径为0.011.0um，但体质颜料和少量其他颜料的粒径较大，单一颗粒粒径可达100um，平均粒径可达50um。下表列举了一些无机颜料的粒径大小。粒度越小，着色力越强。,颜料粒子的形状主要影响涂料的流动性、贮存性和耐久性。颜料主要以3种形状存在：近似于球形粒子，如钛白粉、立德粉等；针状粒子，如某些锌白和滑石粉等。针状颜料具有较好的增强作用，因而可以改善涂料的机械性能，但却会高出表面，降低表面光泽度（表观不平）。但若作为内部底漆却有利于外面涂料的粘附；扁平状柱子，如金属颜料，同样对涂料具有增强作用，有些扁平状颜料具有强烈的取向作用，平行于涂膜表面，可阻挡水分的透过，因而降低了气体和水的渗透性，具有好的防腐性和特殊外观，作防潮涂料效果很好。,颗粒形状,一般生产中购买颜料是以重量计，而颜料的使用性能是以体积计，因此选择小比重颜料比较合理，例如金红石型TiO2比重为4.1，铅白是6.6。7、化学稳定性与热稳定性 颜料的化学稳定性会影响某些颜料在某些场合的使用，例如ZnO若用于高酸值的树脂中，会与树脂反应生成皂而使树脂间通过二价Zn2+交联，从而使树脂在贮存中粘度大大增加，这称为涂料的“肝化”；再如含Pb的颜料能与大气中的H2S反应生成黑色的PbS，从而使涂膜发暗等，使用时应避免。颜料的热稳定性关系到颜料能否用于高温烘干涂料，此时必须要考虑其分解温度及熔点。,6、比重,颜料的润湿及分散性对涂料质量是有直接影响的，因此通常要对颜料表面进行处理。表面处理的目的有：表面活性剂的存在可以控制过饱和度，从面影响颜料的形成；在无机颜料粒子上存在多聚磷酸盐、二氧化硅、铅或其氢氧化物可保持粒子的形状，防止煅烧过程中出现多孔；无机颜料粒子表面存在有机物涂层可以提高润湿效果，增加颜料的分散性和稳定性，从而改善涂料的流变性；通过表面处理还可以改善其耐光、耐候、耐酸碱和耐溶剂性等。,8、颜料的润湿性，分散性与表面处理,9、颜料的毒性,活性颜料,体质颜料（惰性颜料）,彩色颜料,黑色颜料,白色颜料,合成颜料,天然颜料,功能颜料,着色颜料,无面颜料,有机颜料,按来源分：,按化学成分：,三、颜料的主要品种,按作用分：,1、白色颜料,钛白（TiO2）、铅白（2PbCO3 Pb（OH）2）、锌白（氧化锌）、锌钡白（立德粉：ZnSBaSO4）等是最常见的白色颜料，空气也是一种很好的白颜料。,钛白是最主要的白色颜料，不溶于水和弱酸，微溶于碱，耐热性好。钛白含80以上的TiO2以及少量其他无机组分如氧化铝、水合氧化铝或二氧化硅等。主要有3种结晶体：锐钛型、板钛型和金红石型。板钛型属斜方晶型，无工业价值。,钛白,锐钛型和金红石型同属四方晶型，但晶体结构的紧密程度不同，金红石型晶体结构堆积紧密，晶体之间空隙小，是最稳定的结晶形态，其硬度、密度、折射率比锐钛型高，耐候性和抗粉化方面也比锐钛型好。金红石型在接近紫外光的地方，有一定的吸收，而反射降低，所以它的白度不如锐钛型，金红石型价格也贵，但因其遮盖力强，用量少，因此合算一些，故一般常用金红石型，金红石型钛白的遮盖力比锐钛型钛白高30%。因此除非在要求白度极高的时候才用锐钛型。锐钛型钛白具有很高的光活性，因而作户外涂料容易导致涂膜的快速降解。所以锐钛型不适于户外涂料用，而主要用于纸张涂料。下表为金红石型和锐钛型钛白的主要性能比粒。,锌白ZnO，密度为5.6g/cm3吸油量为1025g100g，平均粒径为0.2um，折射率小于TiO2，因此遮盖力小于TiO2，相当于金红石型TiO2 的12左右。ZnO具有良好的耐热、耐光及耐候性，不粉化，适用于外用涂料。ZnO 带有碱性，可与树脂中的羧基基团反应生成锌皂，改善了涂膜的柔韧性和硬度，且涂膜比TiO2为颜料的清洁度高。ZnO的另一个主要作用是防霉。,锌白,立德粉 ZnS BaSO4，遮盖力较高，是钛白的2025%（折光率为1.9-2.3）。当其中ZnS含量增加时，遮盖力可提高，但其耐酸性会下降。它的化学稳定性及耐碱性强，因而适于建筑内用涂料。,立德粉,锑白：Sb2O3，遮盖力与立德粉接近，耐光、耐热性良好，但易溶于酸碱，即不耐酸碱。同时它也是一种重要的有效阻燃剂。,锑白,其它,其它白颜料如铅白ZpbO3Pb（OH）2，是最早使用的白颜料，它的耐候性附着力均较好，并有杀菌作用，但有毒，国外已禁用。,主要是炭黑，它是最乌黑的颜料。炭黑的主要成分是碳，为疏松、极细的黑色粉末。但不同牌号的炭黑“乌黑”程度不同，根据炭黑生产时的原料及生产方式不同，又将炭黑分为炉黑、热裂黑、槽法炭黑、灯黑和乙炔黑几种。槽法炭黑最黑，粒子最细（5-15nm），多用于涂料的黑色颜料。但炭黑本身的表面极性很大，加之槽法炭黑的表面积也很大，因此槽法炭黑极容易吸收体系中的极性添加剂而影响固化速度，使用时应考虑。炉黑产量最大，约占炭黑的95，多用于橡胶的补强和塑料的填充上。灯黑的粒子较粗为0.5um左右，它的乌黑程度较低，一般用于灰色涂料。,2、黑色颜料,其它还有石墨、铁黑、苯胺黑等。下表为几种主要炭黑的典型特性。,3、彩色颜料,（1）无机着色颜料 特点是具有较好的耐候、耐光、耐热及着色性，是用量最大的彩色颜料，但色谱不全。氧化铁黄：Fe2O3H2O或Fe2O3nH2O 由亚铁盐经氧化而制得的黄色氧化物，分子式为Fe2O3H2O 或 Fe2O3Nh2o,是针状的含水化合物，鲜明的赫黄色，遮盖力强，着色力好，耐光性及耐碱性亦好，但不耐酸，不耐高温,150脱水变成铁红Fe2O3,，在建筑涂料中使用最多。其它氧化铁的颜料 氧化铁红：纯的Fe2O3，有人造及天然两种，制造方法分为干法及湿法，干法是以铁盐经过高温煅烧而得红色氧化物，湿法是以亚铁盐经氧化而制得的。湿法产品质地较软，分散性较高，比干法好。建筑涂料中常用湿法产品。氧化铁红遮盖力及着色力均很强，有优良的耐光、耐热、耐大气、耐碱及耐稀酸等性能。它是中性颜料，吸水性很小，用于涂料中能增加涂膜机械强度，降低透水性及延长寿命，故可用于防锈涂料中。,氧化铁黑：Fe3O4或Fe2O3FeO，其中FeO含量一般为18-26%，有饱和的蓝黑光黑色，遮盖及着色力很高，在光、大气、碱性中均稳定，耐热及浓酸差。它与铁红混合可得氧化铁棕，常用于水泥、人造大理石等着色。铬黄：PbCrO4 遮盖力较好，着色力及耐大气性较好，但耐光较差。按所含铬酸铅比例的不同，可制成颜色深浅不同的铅铬黄。铬绿：Cr2O3由重铬酸盐和硫黄制成，无毒、耐光、耐酸、耐碱性好也耐高温，缺点是色泽不够亮，着色力遮盖力较差，质地硬，不易分散。但由于其优点而常用于建筑处用涂料的主要绿色颜料。群青：Na6AL4Si6S4O2(以陶土纯碱，S密闭窑高温煅烧而成为一半透明蓝色颜料，不溶于水，耐碱、耐候、耐光均好，耐热达200也长期不变色，但遇酸会变色，着色力及遮盖力也很弱，可用于建筑涂料除去白涂料中黄色，使白涂料更白。,有机颜料指含有发色团和助色团的有机化合物，常用的发色团有：,助色基团有：,有机颜料色彩鮮亮、着色力强、不易沉淀、具有良好的耐化学品性，在涂料工业中的应用日益增加。一、偶氢颜料1对位红 用于深色调、低中档空气干燥涂料中，有好的遮盖力和化学稳定性，但耐光性差，耐烘烤性不好。2甲苯胺红。具有极其鲜亮的主色，保色性好，耐热、耐化学品，但耐光性不好，用于空气干燥漆和烘烤漆。,3苯甲酰老红。透明度高，耐热性，耐渗色性和户外保光性好，用作汽车漆。4吡唑啉酮红 着色力强，透明度高，耐热、渗色性，耐化学品，但耐光性较差，用作自行车，玩具，钢笔和装饰用品漆。5汉砂黄。色彩鲜亮，强度高，透明性好，耐光、耐化学品性好，耐热性差，用作耐化学品漆。二酞青颜料 具有优良的耐酸，耐碱，耐候和耐光性，着色力极好颜料鲜艳，遮盖力非常强。酞青兰是最优良的兰色颜料，在涂料工业中用量很大，酞青绿比酞青兰性能更优越，没有结晶问题，使用时可添加少量助剂如苯甲酸铝等，是最优良的绿色颜料，但价格昂贵。三、喹外啶酮颜料 有橙色，老红。猩红，品红，紫红。耐热，耐光，耐化学的性能。用于高质量面漆或与其它颜料混合使用。,又称填料，化学稳定性好，来源广泛，价格便宜。用于涂料中可以降低成本。也对涂料的机械性质、流变性等起着重要作用。但它的折光率和成膜物质很接近，因此加于涂料中透明度高的，遮盖作用差。体质颜料的生产大部分直接采用矿物加工而成，但也有部分以化学方法制备。它们的种类很多，钙盐、钡盐、镁盐、铝盐的各种矿物或无机化合物，还有硅石、SiO2等,4惰性颜料（即体质颜料）,钡白沉淀BaSO4 白色颗粒、均匀、质地细软。配制涂料时易于研磨分散，化学性质稳定，透明度相对较低，用作底漆有增强作用，也常用作建筑涂料填料。,CaCO3 分为重质与轻质CaCO3。重质CaCO3：也称大白粉、石粉。200目的为单飞粉，320目的为双飞粉，400目的为四飞粉。常为天然白垩矿粉碎而得，粒度1.5-12um，吸油量6-15%。轻质CaCO3：又称沉淀CaCO3。它的比重小，粒子细、一般粒度3um，吸油量28-58%。无毒、无刺激，不耐酸，550左右分解，价廉，资源丰富，可用于消光和增加颜料分散稳定性。较多用于建筑水性内墙涂料的填料。,硅酸钙 一般粒子极细，可用于消光剂、增稠剂，还可用于钢铁防腐蚀底漆（因其水溶液的PH值=10）。能增加白色涂料明亮的色调，并可长时保色。国外资料介绍，将硅酸钙用于乳胶涂料中，可以代替1040%的TiO2作白颜料，其白度遮盖力均不会下降，而价格却只是TiO2的1/10，但吸油量较低。瓷土 又称高岭土（天然高岭石粉），为Al、Si酸盐矿经风化或水热变化而成，质地松软、洁白、耐稀酸及稀碱，可增强涂膜硬度，吸油量高。适于低光泽涂料的消光和增稠，还可防沉，若经表面处理更好。,云母：（典型组成）是一种水合硅酸铝的矿物，云母有极多品种，但涂料常用白云母。云母粉是云母经粉碎、过滤干燥而得的片状结晶。在涂料中可起到栅栏作用，以改进涂料的抗湿性和防腐性。常用于建筑外墙涂料、防火、防水涂料中。粒度520um，吸油量56-74%。特别适用于防火涂料，因受热到200时可释出水成为单水。还可作为有机彩色颜料的色淀基物（即沉积在无机物上的有机颜料混合物）。,滑石粉 以 作代表成分 是以片状和纤维状两种形态存在。细度45um.可防止颜料沉淀及流挂，避免或减少裂缝及空隙；它又是疏水性的物质，因此在溶剂型涂料中用量很大，使用方便又便宜；也用于外用和耐磨、耐洗涂料中。硅粉 主要 硅粉为石英砂加工的细粉，白色或灰白粉末，质地坚硬，耐磨，不溶于酸，但可溶于。缺点是不易研磨，易下沉，主要用作填缝剂、腻子、底漆及地板漆填料。,气相二氧化硅（即纳米级SiO2）经四氯化硅（SiCl4）通过火焰水解得到。化学稳定性好、粒子细、表面积大，平均直径为7-40nm，广泛用于消光、增稠、改进流变性质等。因颗粒细，吸油量相应也很高，可用于提高体系粘度，可改变体系的流挂性。聚烯烃、聚四氟乙烯、蜡等也可作颜料，它们可以改善漆膜的抗损坏性、光滑性，防水性、防吸尘性以及抗压粘性等。特别是聚丙烯的微细粉末、聚四氟乙烯粉末的表面能和摩擦系数都很低，可同时改善涂料的防水耐磨性。,5塑料颜料,本身可带来颜色。主要是Zn粉、铝粉、不锈钢片及黄铜粉 锌粉可用于富锌防腐底漆；Al粉的表面张力较高，不能漂浮于表面，在漆膜下层可平等定向排列，遮盖力及稳定性高，主要用作金属闪光漆中；若将片状铝粉经表面处理后就具有了漂浮性，在成膜过程中可以平行排列于表面而显示出金属光泽，且可产生屏蔽效应（反射光及热），故可作为防腐涂料面漆中使用。因此，Al粉作颜料可以提高涂料耐热性、反射光和反射热的性能。缺点是不耐酸碱，遇酸产生H2，不安全；质轻易飞扬，遇火星易爆炸；贮存、销售时常加30%200的油漆溶剂调浆（银粉浆）。,6金属颜料,锌粉,Al粉,又称为金粉，是含有少量Al的Cu和Zn的合金，有似黄金的色光，一般含Cu量在75-80%左右的称为青光铜锌粉（绿金色）；含Cu在84-86%的称为青红光铜锌粉（浅金色，即纯金色）；而含Cu在88%左右的为红光铜锌粉（赤金色）呈现红金色。它们有很好的延展性，涂膜后会与被涂物平行排列，它们的粉鳞片径向互相连接，形成连续的金属膜，可反光而呈现金色（也可表面处理后呈现一定漂浮性），但它比Al粉质地重，遮盖力较弱。反射光和热性较Al差。主要用于建筑室内装饰涂料。,不锈钢,不锈钢片可给予涂料漆膜以极好的硬度和抗腐蚀性。,黄铜粉,珠光颜料最主要的品种是在 上包覆了鳞片状云母而成的，若光线照射时，会发生干涉反射，一部分波长的光线可强烈地反射，一部分透过，而且在 的不同部位包覆的厚度是不同的，由此使反射光和透过光的波长不同，因而显示不同的色调，因而赋予涂料以美丽的珠光色彩。,7珠光颜料,8反光颜料,光照射时会发出荧光，鲜艳醒目，常用有机荧光染料和树脂混合而成的固体粉末。在涂料中荧光颜料用量浓度不能太高，否则就不会发生荧光。但它的价格非常高。,荧光颜料,磷光颜料,自发光颜料,反光玻璃微珠,本身不发光，主要将光线进行回归反射，主要用于道路标志涂料。,经光照后可长时间发光的颜料，是由ZnS或CdS掺入活化剂后形成的。掺入的活化剂不同发光颜色不同。例ZnS/Cu为黄绿色、ZnS/Ag为紫或黄色。主要用于夜光涂料，在夜间可发微光而用于照明及标志。,在ZnS（硫化物）中掺入铑（Rh）或钍（Th）等放射性元素，无光照射时也会发光，主要用于夜光涂料。,四、颜料的吸油量,1吸油量(OA),吸油量是指能将100g颜料粘结在一起而不散落所需要的最低用油量，一般以100g颜料所吸收精制亚麻油的最低克数来表示，单位：g/100g。颜料在涂料中的含量对涂料性质有极大影响，而颜料含量的确定与颜料的吸油量有关。吸油量的测定方法：在100g颜料中不断滴加精制亚麻油，并随时以刮刀混合。开始时颜料仍保持松散状，最后可使全部颜料粘结在一起形成球，若再加油，体系就会变稀，此时所用的油量即为吸油量OA。,当颜料达到吸油量时，说明颜料表面吸足了油，且颗粒之间的空隙也充满油而粘结在一起，若超过此量粘度会下降。吸油量说明了颜料吸附成膜物的能力。颜料的种类、比重，颜料颗粒内的空隙、粒子大小、形状都会影响吸油量。颜料的粒子愈细，分布愈窄，吸油量愈高；,一般圆珠型的粒子吸油量高，针状的吸油量小。但也不是一定，例如针状铁红吸油量就高一些，可见具体的颜料不同是影响的决定因素。,当颜料在涂膜(干)中的含量以体积计时，它在干膜中所占有的体积百分比称为颜料体积浓度，PVC。在有色涂料中，最重要的因素之一是选择漆基（除颜料外的其余组分）与颜料之间的比例，主要是指漆基与颜料的体积比，这是判断涂膜性能的重要数据。PVC值从100%0变化的过程，是从只有颜料干粉到只有漆基的过程，这两种状态代表着PVC的两个极端值。而随着变化的过程，就直接影响到了涂膜的各种性能。,2颜料体积浓度（PVC）,涂膜性质随PVC从0-100%变化而引起的变化趋势：起泡性降低；光泽度由高光变为半光及无光；透气性与透水性由低到高；防水防锈性降低。,（1）CPVC及其计算 PVC从100%-0变化过程中，初期阶段时，漆基逐步取代颜料堆积层空隙的空气，当空隙中的空气刚好完全被漆基充满时，此时的PVC值即为临界颜料体积浓度CPVC，它在设计涂料配方时极其有用。不同涂料的基料与颜料种类决定了其不同的CPVC值。CPVC值可通过颜料的OA进行计算：,3临界颜料体积浓度CPVC,颜料的OA越大，其CPVC值越低。,例：用ZnO为颜料制涂料，求CPVC值。已知ZnO的密度为 5.6g/ml，OA为19。,解：,(OA)吸油量（亚麻仁油g/100g颜料）；颜料的密度；0.935 亚麻仁油的密度。,对于两种混合颜料，其CPVC值的计算如下：,其中：W1第一种颜料的体积分数；1第一种颜料的密度；(OA)1第一种颜料的吸油量（亚麻仁油g/100g颜料）；W2第二种颜料的体积分数；2第二种颜料的密度；(OA)2第二种颜料的吸油量（亚麻仁油g/100g颜料）.,实践证明，当涂膜中的颜料体积浓度超过CPVC时，涂膜的许多性能会发生突变。因为在此时，漆基恰好能润湿所有的颜料粒子。而低于CPVC时，漆基过量，而颜料不足，以致颜料粒子被漆基固定在膜中，而开始进入第二期阶段，即颜料粒子随漆基的增多而开始彼此分开，破坏了原来颜料粒子最初的堆积接触状态，并且漆基越多，即CPVC越低颜料粒子分得越开。而高于CPVC时，漆基不足以供给吸附和填满颜料空隙，因而干膜中就出现空隙，就是这空隙使图46上的一些性质和性能以及其他的性质和性能出现了转折，因而在CPVC值分界的两个阶段，涂膜性能会呈现明显突变（主要因颜料从聚集变为分离）。所以CPVC是色漆配方的重要设计参数之一。,（2）CPVC对涂膜性能的影响,（3）比颜料体积浓度,在色漆的配方中，由于所用颜料和成膜聚合物的不同，从而引入了许多可变因素而影响了PVC值与性质和性能间的关联。例如由于颜料颗粒的形状和粒径分布的不同；多种不同粒径颜料一起使用等等，形成不同的堆砌。又例如由于颜料表面积、表面性质等的不同，形成不同的成膜聚合物吸附厚度等都会影响PVC值。比颜料体积浓度可更有规律地反映PVC值与干膜性质和性能间的关联，这就是以CPVC值为参比值的PVC值，值可将各类色漆的颜料含量归入一定的范围。图4-7为各类色漆的值，图4-8为三类防蚀涂料的 值。,从图4-7中可见到，高光泽色漆的值较低，有足够多余的成膜聚合物覆盖在漆膜的表层而有高度平滑的表面；半光的色漆有较高的值。但为了有良好的机械性质，一般选择值接近1.0但不超过1.0；对二道底漆必须易于打砂而不嵌砂纸，所以值一 般在1.051.15；木材用底漆的值一般在0.951.05时，性能比较平衡。,防蚀涂料按防蚀机理的不同，选取的合适值也不同。从图4-8中可以见到，抑制型的金属防蚀涂料用的是锈蚀抑制颜料，这种颜料是以它的水溶物来修补金属表面上损坏的转化膜，为了保持有效的水溶物浓度，要有一个较高的水渗透性，所以值要接近1.0。屏蔽型金属防蚀涂料用的屏蔽颜料呈薄片状，各种颜料的平面面积与厚度之比不同，屏蔽所需的颜料量也随之不同，所以合适的值范围较广。不过屏蔽的作用在于隔绝外界，所以值必然要小于1.0。以电化学保护的，用牺牲金属颜料的防蚀涂料是需要一定的电导率以接通电路，因此金属(一般是锌粉)颜料的颗粒必须相互接触，所以值必须大于1.0。又为了接通电路而需要电解质溶液的存在，漆膜要求有一定的透水性，这也需要值大于1.0。,从PVC与漆膜物性的关系上，如图4-6所列的，也可以得到PVC设计上的指导，例如：起泡是水分进入漆膜而聚集在漆膜底材界面上引起的，如果选择一个合适的值，如0.70.9，使潮气易进易出，那就不会起泡了。当然，起泡的原因除了PVC外，还与漆膜对潮气的透过性等的漆膜物性有关。,(二)CPVC的测定 前所述及的，在设计色漆的PVC值时需要以值为根据，所以必须测定CPVC值。测定中必须用选定的颜料和漆料。这是因为除了前已述及的原因外，CPVC值与颜料漆料的相互作用也有很密切的关系，因为这会影响颜料在漆料中的分散情况(程度)。表44是钛白粉在与之毫无相互作用的矿油中测定的，以及在矿油中分别加入不同量的颜料分散剂后测定的CPVC值。由表中数据可见到，颜料分散程度对CPVC值竟可差之近50，所以最可靠的方法是通过干膜本身测定。,前面讨论的是溶剂型涂料的CPVC（临界颜料体积浓度），而乳胶漆的CPVC是与之不相同的，因溶剂型涂料的外相是连续相（漆基），生成膜中颜料粒子之间的空隙可以自然地被漆基充满（图a）；,四、乳胶漆的临界颜料体积浓度LCPVC,图b 乳胶涂料,颜料粒子,乳胶粒子,乳胶漆不同，乳胶的漆基构成膜的物质是一种粒子而非连续相，在成膜前它可以与颜料粒子形成混杂的排列，也可以各自的粒子分别聚集在一起（图b），这样在最后成膜时，要填满颜料间的空隙就需要更多的乳胶粒子，因乳胶粒的排挤作用而增大了颜料粒子间的空隙。因此乳胶涂料的LCPVC总低于溶剂型涂料的CPVC。当乳胶粒子的直径越小时，LCPVC可以上升一点，因此时乳胶粒子较为容易挤填在颜料粒子之间；若提高温度，其LCPVC也可以上升一点，因此时乳胶在成膜时流动性提高而较易于进入颜料空隙中。,乳胶粒子,颜料粒子,颜料分散理论 颜料在其制造过程中，最初形成的粒子称为初级粒子，粒度为5nm-1um，能轻易地分散到漆料中去，但初级粒子在加工过程中，尤其是干燥时，会因种种原因相互粘结成聚集体，聚集体之间或聚集体与初级粒子之间还可以粘结成聚集物，通常聚集物比较容易分散，而聚集体粘结比较牢，分散比较困难。颜料在液体介质中分散的好坏不仅影响涂料的色彩和美感，而且还影响涂料的物理性能，如粘结力，耐久性，抗冲击强度，甚至影响高固含量和水性涂料的化学性质。颜料在涂料中的分散过程由三个阶段组成-润湿，机械化解聚集和稳定化，前两个过程主要通过设备来完成。是创造稳定化的前提，但还不足以得到稳定化体系，当剪切力消除时，又可能重新附聚或凝聚，因此必须加入助剂（分散剂）以稳定已分散的颜料粒子。,一、颜料的湿润漆料对颜料的湿润是分散的基础，为了缩短湿润完成的时间，提高湿润过程的速率，可以采用以下方法：1.选用粒径小、表面经过改性的颜料，使之利于湿润和分散。因为颜料的粒径越小，颜料越松散，粒子之间的孔隙越大，越容易被分散。2.降低漆料的表面张力，使之容易向颜料孔隙中渗透。3.使用低固体含量的漆料配制和研磨漆浆。4.使用湿润剂来降低液体和固体间的界面张力。5.使用分散剂吸附在颜料表面上，以降低界面张力。6.将漆浆预混合并升温至50以上，静置过夜，再进行分散研磨。,二、颜料和解聚解聚是制漆过程中主要的、消耗能量最大的工序。颜料的解聚主要靠机械方法来实现。常用的机械设备有高速分散机、砂磨机、球磨机、三辊研磨机等。为了达到充分分散的目的，通常需要具备下述条件：1.有一个精心设计的色漆配方，包括分散性能好的颜料的选用、颜料和漆料的科学配比、适宜的溶剂及湿润、分散等助剂的选用。2.根据所生产的色漆的品种选用高效的研磨分散设备。3.确定合理的生产工艺和操作规程。,三、稳定化的机理 颜料粒子的稳定主要取决于颜料粒子之间的三种作用力。1.范德华力-是指分子间的吸引力。吸引力随粒子直径的增大而增大。随粒子分隔距离的增大而减2.静电力-主要是指电荷之间的排斥力，它随粒子尺寸、粒子表面双电层厚度的增大而增大，随粒子距离的增大而减小，还与溶液的PH值，盐浓度和盐离子价数有关。3.空间位阻力-也是排斥力，与被吸附的聚合物颜料粒子表面的功能基团（如OH、-COOH、-NH2）和溶剂的性质有关。当三种力平衡时，才得到稳定化体系。加助剂（润湿剂，分散剂）的作用就是促使平衡向减小吸引力，增大排斥力的方向移动，使颜料粒子间的距离变大，从而达到充分分散的目的。,第四节 常用的润湿分散剂（助剂）颜料在漆基中的湿润和分散是涂料制造的重要过程，它对漆的质量有极大的影响。润湿分散剂能缩短研磨分散的时间，降低能源的消耗，保证涂料分散体系处于稳定状态，对涂料的诸多性能都起着决定性作用。润湿剂的机理是通过表面活性剂的作用，降低固/液界面张力，使漆基在很短的时间内就能润湿颜料表面。分散剂的机理简单的说就是通过以下三个方面的作用，使得颜料粒子能稳定的分散在漆料之中。第一、吸附作用 表活性剂的亲水基团吸附在颜料表面上，同时其亲油基团又吸附于漆料的分子上以便于颜料的分散。第二、表面活性剂促进胶体粒子表面形成双电层，由于电荷的斥力，构成了分散体系的稳定性。第三、表面活性剂促使被树脂分子包裹着的颜料粒子之间产生熵斥力而使颜料粒子得以分散。,一、非水性体系中常用的润湿分散剂1.Anti-Terra-U BYK公司制造。浅褐色液体，适合于所有无机和有机颜料的润湿润分散，对环氧和聚氨酯高固体分涂料有非常好的润湿分散作用。用量，有机颜料的1%-5%,无机颜料用量的0.2%-2.0%总漆量的0.2%-1.0%。.2.Anti-Terra-P 浅褐色液体，对氧化铁，铬系颜料，镉系数颜料，重晶石粉，碳酸钙等颜料在醇酸和氨基氯化橡胶改性的醇酸中有良好的润湿分散作用，用量，有机颜料的1%-1.5%,无机颜料的0.2%-2.0%总漆量的0.1%-1.5%。3.BYK-P-104，BYK-P-104S（BYK公司制造）浅褐色液体，可用于大多数颜料，在钛白与其它着色颜料同时使用时可防止浮色、发花，还有良好的流平性。用量：无机颜料的0.3%-0.8%,总漆量的0.2%-0.5%.。,4.CP-88 棕褐色粘稠液体，浙江临安化工厂制造，适用于多数颜料的润湿的分散，在涂料中使用有良好的防沉效果，无机颜料的：0.3%-0.8%总漆量的0.2%-0.5%。5.Disperbyk-101 褐色液体，BYK公司制造。能降低颜料和填料之间的表面张力差，缩短颜料分散时间，增加光泽，改善流动性，减少沉淀，还可以和有机改性膨润土混合使用，用量为有机膨润土的30%-50%。在涂料中的用量，无机颜料的0.2%-2%,有机颜料的1%-5%.。6.卵磷脂 黄色或棕色蜡状物，油脂厂的油脚，天然的颜料润湿分散剂，有防沉防浮色，发花，防流挂的作用。总油漆量的0.1%-0.5%。,7.Texaphor-963 棕色液体，Henkel（汉高公司）生产，对钛白，立德粉，氧化铬绿，铁系颜料，多数有机颜料和体质颜料均有较好的润湿分散性，用量为颜料量的0.1%-2%。8.TC-1、2、3 棕色或浅黄色液体，天长县化工二厂生产。对铁系颜料、中铬黄、酞青兰等有较好的分散效果，用量为颜料的0.5%-1%。二、水性体系中常用的分散剂（水溶性涂料，乳胶类涂料。）1.DA系 是特种阴离子型表面活性剂。由北京化工研究院，山东荷泽助剂厂，湖北老河口化工厂生产。对钛白，锌白，立德粉，氧化铁，CaCO3，高岭土，BaSO4，滑石粉有良好的分散效果。,2.TD-01阴离子型 天津化工研究院生产，液体，功能与1相同。3.SN-Dispersant-5040 特种阴离子型，Henkel公司生产，浅黄色粘稠液体，是乳胶涂料中钛白及体质颜料的润滑分散剂。4.PD 具有活性的高分子化合物 粉末，青岛化工研究所生产，用于苯丙乳胶漆中炭黑的分散。5.AMP 液体，北京化工研究院，水性涂料的颜料分散剂。6.Tamol-SG-1,Tamol731 液体，Rohm&Hass公司(美国)，用于多种颜料的润湿分散。,7.SMB，SG-8001，白-浅黄色粉末，化工部涂料所，江苏常州光辉造漆厂生产，用于钛白，锌白及多种体质颜料的分散。8.Dispex A40、N40、G40、GA40 白色或浅黄色液体，Allied,Colloids公司，用于平光乳胶漆的分散剂。9.三聚磷酸钠，焦磷酸钠，六偏磷酸钠 用于乳胶漆中颜料的分散剂。,