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功能性珠光颜料在涂料中的应用

信息来源:paintkey.com  时间:2010-05-19  浏览次数:229

  0引言
  当前,涂料应用无所不在,无论是汽车零部件、建筑材料、家用电器,还是日常生活用品,都用涂料加以色彩修饰。其实涂料不仅带给我们不同的色彩效果,还赋予物件修饰保护的作用,在特定需求的领域还提供一些特殊功能,如导电功能、导热功能、隔热功能等等。作为涂料成膜物质中的一个重要组成部分,颜料对于保证涂料的以上功能起着不可替代的作用。于是人们越来越多开始关注于功能性颜料的研究和发展,其中功能性珠光颜料的研究就是一个发展方向。珠光颜料的着色原理来自材料对光线的反射、折射和干涉的共同作用,因此珠光颜料自身的材料、结构、形状、粒径在很大程度上影响珠光颜料的颜色、彩度、透明度、闪烁度等效果。目前市场上珠光颜料品种多样,世界知名的珠光颜料制造商默克(Merck)公司和巴斯夫(BASF)公司的产品在涂料行业始终占据着主导地位。
  功能性珠光颜料不仅具有珍珠般的色彩效果,同时还兼具独特的功能特性。在这类颜料中发展最快的就是导电珠光颜料、红外线吸收颜料和红外线反射颜料。Merck公司的Minatec?系列产品包括专门的导电颜料和红外线吸收颜料。Solarflair?产品系列属于红外线遮蔽型颜料。这些功能性颜料广泛用于导电地坪、汽车保险杠、汽车零部件、电子塑胶产品、遮阳棚、绿色屋顶等等领域。
  1导电珠光颜料
  根据其材料的种类不同,导电颜料可分为以下4类:炭系列导电颜料(如石墨、乙炔墨、碳纤维、炭黑等);金属导电颜料(如银粉、铜粉、金粉、铝粉、镍粉等);金属氧化物导电颜料(如氧化锌、氧化锑的混合物等);导电珠光颜料。
  炭系列导电颜料的导电性能优良,应用广泛,但是附着力和耐油性差,而且颜色很暗、单一、不美观,只能用于黑色或灰色涂料,无法在白色或者透明色的涂料中使用,因而应用受到极大限制。金属导电颜料的导电性能优异,但是密度较大,在涂料中的稳定性差,而且由于金属自身的活性较高,产品的耐化学性差,易变色,价格也昂贵,目前已经很少使用。金属氧化物导电颜料目前仍处于实验室的研究阶段,还没有在市场上使用。相比之下,导电珠光颜料不仅导电性高,密度小,颜色浅,而且产品稳定,耐腐蚀性好,成本低,是比较适宜使用的一类导电颜料。
  1.1组成和特点
  导电珠光颜料通常为片状结构,由云母基材和云母外包覆的金属氧化物组成。云母基材一般为薄片状,外面包覆的金属氧化物一般为掺杂金属的二氧化锡或掺杂非金属的二氧化锡,见图1。由于云母基材和外层包覆物非常薄,一般多为半透明或透明,这也是导电云母珠光粉适用于浅色涂料的一个重要原因。片状导电珠光颜料粒子间的接触面积大,导电性能也较高。该类导电颜料的材料来自天然无机物,产品的化学性能稳定,不易被腐蚀或氧化。采用该颜料的导电涂料导电耐久性也较强。

  功能性珠光颜料在涂料中的应用
  也有一些导电珠光颜料在片状结构的基础上增加了球形结构。例如Merck公司的Minatec?40CM和Minatec?60CM,就是在片状结构上增加了金属氧化物包覆球形二氧化硅,见图2。这种结构可以很大程度地提高珠光颜料之间的连接性,从而达到最佳的导电效果。这种特殊结构的导电珠光颜料比单一的片状导电珠光颜料的导电性要强。

  功能性珠光颜料在涂料中的应用
  1.2在涂料中的应用
  导电珠光颜料作为一种功能性颜料广泛用于导电地坪、汽车保险杠、汽车零部件的塑料制品、电子塑胶产品、电子元器件等各种领域。导电珠光颜料无需砂磨,易于分散,无需添加额外的分散助剂,可以在涂料生产的最后阶段加入,而且由于它呈半透明或透明,对涂料颜色几乎没有影响,尤其适用于浅色涂料。
  2红外线反射珠光颜料
  按波长范围,太阳光光谱分为3部分:紫外光区(295~380nm),占地球接收到太阳总能量的2%;可见光区(380~780nm),占地球接收到太阳总能量的44%左右;红外光区(780~2500nm),占地球接收到太阳总能量的54%左右。可见光可以使植物进行光合作用,有利于植物的生长,也有利于人类的日常生活,而红外光却带给地球太多的热量,于是人们希望得到更多的可见光,尽可能少的红外光。
  研究表明:大部分颜料(如钛白粉、硫化锌、酞菁蓝等)都具有红外线反射的功能。根据种类不同,这些颜料表现出不同的红外线反射能力,而且颜色种类多样,广泛用于一些隔热保温材料上。目前市场上的红外线反射颜料多为遮盖力较强的无机颜料或有机颜料,这类颜料都需要进行砂磨才能够加入涂料中,增加涂料的生产工序,进而增加成本,而且这些颜料一般具有较好的遮盖力,仅适用于一些对透明度没有要求的领域。那么,对透明度有要求的领域怎么来阻隔红外线呢?比如汽车的天窗、建筑物的透明玻璃屋顶、植物的保温棚、户外的透明棚等,现在一种具有红外线反射功能的透明珠光颜料就能够有效地用于这些领域。目前,在欧美国家,这类珠光颜料已被广泛用于户内外领域。
  2.1组成和特点
  红外线反射珠光颜料是以云母薄片或云母与SiO2的混合物薄片为基材,外面包覆金属氧化物(常用SiO2)制得。这类珠光颜料具有较高的透明度,可使可见光有效通过,同时由于其特殊的结构可以阻止红外线通过。该类颜料使用方便,无需砂磨,可直接加入涂料中,并且对底色的影响很小或几乎没有影响(视添加量和涂装厚度而言)。
  2.2在涂料中的应用
  对于某些有透明度要求的领域,比如建筑物的玻璃天窗、汽车的天窗等,要求太阳光的可见光透过玻璃进入室内,同时又要阻挡产生热能的红外线,保持室内的温度,那么在这些透明的玻璃上涂上薄薄的一层含有红外线反射珠光颜料的涂料,就可以有效阻隔室外的热能,研究表明:室内外温差可达13℃。红外线反射珠光颜料同样适用于一些植物保温棚。在涂有含该类颜料的涂料保温棚中,可见光可以完全通过,提供植物光合作用所需的能量,同时可以有效地保持保温棚的温度。在荷兰的应用实践表明,这种保温棚可以加速植物的生长,提高生产效率。红外线反射珠光颜料的结构稳定,具有优异的耐化学腐蚀性,经过特殊的表面处理后,也适用于户外耐候性的要求。
  3红外线吸收珠光颜料
  为了节约能源,缩短烘烤时间,提高生产效率,很多工厂都选用红外线照射设备来对涂料进行加热干燥。虽然涂料都有一定的红外线吸收能力,但是研究表明:深色涂料体系吸收红外线的能力远高于白色、浅色涂料体系。因此,在相同的烘烤条件下,浅色涂料会花费更多的烘烤时间,从而减缓了生产效率。如何提高浅色涂料的红外线吸收功能就成为人们研究的一个方向。针对这一领域,Merck公司开发了专门用于浅色涂料的红外线吸收颜料Minatec?230A-IR。该颜料的推出可有效地解决浅色涂料烘烤效率低下的问题。Minatec?230A-IR是氧化锡和氧化锑均匀混合后,经过一定的研磨而制得的粒径小于10μm的透明珠光颜料。这类颜料无需预处理,可直接加入涂料中,对涂料自身的颜色影响甚微。实验表明:Minatec?230A-IR用量为4%时,烘烤时间缩短一半。采用这种红外线吸收颜料可以有效地节约能耗,降低成本。试样烘烤温度和烘烤时间曲线对比图见图3。
  虽然Minatec?230A-IR是专门为浅色涂料而研制的,但是对于深色涂料系统同样适用。

  功能性珠光颜料在涂料中的应用
  4结语
  随着人们对颜料要求的不断提高,各种特殊功能的颜料将会一个一个地开发出来,这是行业的需求,也是科技的进步,我们期待着新产品的不断问世。

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