汽車(chē)面漆用顏料的性能要求及主要類(lèi)型

0前言

汽車(chē)涂料是一種高裝飾性和高保護(hù)性的涂料。作為成膜物質(zhì)中的一個(gè)重要組成，顏料，特別是用于汽車(chē)面漆的顏料，對(duì)保證汽車(chē)涂料的高裝飾性和高耐久性有著十分重要的作用。配合現(xiàn)代化的外型設(shè)計(jì)，鮮艷或雅致的色彩是汽車(chē)生產(chǎn)商吸引客戶(hù)并使之產(chǎn)生高質(zhì)量?jī)?nèi)在性能的品牌聯(lián)想的一個(gè)有效手段。隨著顏料和涂料工業(yè)的發(fā)展及環(huán)保法規(guī)的加強(qiáng)，汽車(chē)面漆用顏料品種的推薦和采用也在不斷地發(fā)生變化。一些高性能顏料的出現(xiàn)和因?qū)＠狡诙占埃ㄈ鏒PP紅），使一些性?xún)r(jià)比不太高的顏料逐漸淡出市場(chǎng)。而從毒性方面考慮，一些價(jià)廉色美的顏料，如鉻黃和鉬鉻紅等也不再在汽車(chē)涂料中采用。本文將根據(jù)筆者近年在工作中了解的歐洲汽車(chē)面漆中顏料的使用情況以及一些顏料公司的近期產(chǎn)品介紹，對(duì)當(dāng)前在汽車(chē)面漆中推薦和使用的顏料作一介紹。不確之處，敬請(qǐng)有識(shí)者指正。

1汽車(chē)面漆用顏料的性能要求

汽車(chē)面漆用顏料應(yīng)具有下列四方面的性能：

（1）優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。

優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性不僅是指顏料有很好的耐各種化學(xué)品的牢度，如耐汽油、耐潤(rùn)滑油、耐酸、耐堿、耐溶劑（抗?jié)B色）、耐鹽霧、耐水、耐濕熱，而且在各種氣候條件下戶(hù)外長(zhǎng)期使用時(shí)有很好的耐日曬雨淋、耐紫外線、耐二氧化硫的牢度，即有優(yōu)良的保光、保色、耐粉化的戶(hù)外耐久性。另外，考慮到汽車(chē)涂料固化時(shí)的過(guò)烘烤試驗(yàn)，還應(yīng)有較高的耐熱溫度（180℃）。

（2）優(yōu)良的色彩性能。

在良好的分散狀態(tài)下顏料所展現(xiàn)的顏色、色相和飽和度應(yīng)能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。通常要有較高的著色力和涂膜光澤。不透明的顏料應(yīng)有較高的遮蓋力，透明的顏料要有很好的透明性。此外，顏料的色彩重現(xiàn)性要好，即不同批次同一牌號(hào)的顏料要有很窄的主色、色相、著色力等顏色指標(biāo)的容許范圍。

（3）良好的應(yīng)用性能。

在研磨分散和配漆時(shí)，顏料要有很好的分散性、抗絮凝性和貯存穩(wěn)定性，所得色漿要有很好的流動(dòng)性以滿(mǎn)足現(xiàn)代汽車(chē)涂料制造時(shí)電腦自動(dòng)配色的工藝要求。（4）低毒性。

2汽車(chē)面漆用顏料的主要類(lèi)型

2.1無(wú)機(jī)顏料

當(dāng)前可用于汽車(chē)面漆的無(wú)機(jī)顏料主要有鈦白、炭黑、氧化鐵顏料、釩酸鉍黃、金屬氧化物混相顏料以及作為效果顏料的閃光鋁粉和云母珠光粉等。本文不準(zhǔn)備討論鋁粉和珠光粉這兩種效果顏料。經(jīng)過(guò)包膜等表面處理而提高了耐光、耐候性的鉛鉻黃（PY34）和鉬鉻紅（PR104）就毒性之外的性能而言是適用于汽車(chē)涂料的，但由于毒性，已不再在汽車(chē)涂料中使用。同樣理由而禁用的還有鎘紅。釩酸鉍黃是20世紀(jì)80年代商品化的一種無(wú)機(jī)黃顏料（PY184）。其化學(xué)組成為BiVO4/nBi2MoO4，是釩__酸鉍和鉬酸鉍的一種兩相顏料，色相接近于檸檬黃?；瘜W(xué)式中n=0.2~2，綠相隨n數(shù)值的增大而增加。它的最大特點(diǎn)是毒性極低，顏色明亮清潔，有優(yōu)良的耐熱、耐候、耐光、耐化學(xué)品和耐溶劑性。其遮蓋力很好，相似于鈦白而有較高的著色力，是鉻黃顏料理想的無(wú)毒替代品。缺點(diǎn)是密度高（7左右），易沉淀。金屬氧化物混相顏料是一類(lèi)化學(xué)穩(wěn)定性極佳的無(wú)機(jī)顏料。在穩(wěn)定的金屬氧化物的晶體結(jié)構(gòu)中，有色的金屬離子能呈現(xiàn)其顏色?；煜囝伭峡梢钥醋鹘饘傺趸锏墓腆w溶液。不同的氧化物的組成能產(chǎn)生不同的顏色，如鈦鎳黃（PY53，NiO·Sb2O3·20TiO2）、鉻銻鈦?zhàn)兀≒Br24，Cr2O3·Sb2O3·31TiO2）、鈷藍(lán)（PB28，CoO·Al2O3）和銅鉻黑（PBk28，CuO·Cr2O3）等。這類(lèi)顏料的特點(diǎn)是有很好的耐高溫、耐酸、耐堿、耐光和耐候性，缺點(diǎn)是著色力低，某些品種的分散性不夠好。它們的主要用途是陶瓷和搪瓷著色，在涂料中主要用于耐高溫和卷材涂料。在汽車(chē)面漆中可用于淺色的金屬閃光底色漆。

2.2有機(jī)顏料

2.2.1偶氮顏料

偶氮顏料的色澤鮮艷，著色力強(qiáng)，色譜較廣，主要有黃、橙、紅、棕等。但傳統(tǒng)的單偶氮和雙偶氮顏料的耐光、耐熱、耐溶劑及耐遷移性等牢度較差，不宜在汽車(chē)面漆中使用。對(duì)偶氮顏料在化學(xué)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改性能改進(jìn)它們的各種牢度性能。改性主要有2個(gè)方向：一是導(dǎo)入能提高化學(xué)穩(wěn)定性的基團(tuán)，二是增加相對(duì)分子質(zhì)量并相應(yīng)增加分子中的酰胺基團(tuán)。前一種改性的成功品種是苯并咪唑酮偶氮顏料。它們的性能很好，滿(mǎn)足汽車(chē)面漆的要求。苯并咪唑酮可看作是環(huán)狀酰胺結(jié)構(gòu)。顏料研究者發(fā)現(xiàn)：在偶氮顏料的分子結(jié)構(gòu)中，酰胺基越多，其耐光、耐熱、耐溶劑等性能就越好。如在色酚AS系紅色單偶氮顏料中除分子中原有的一個(gè)酰胺基之外，再導(dǎo)入一個(gè)酰胺基（如PR170和PR188），就能使改性后顏料的性能基本上達(dá)到汽車(chē)面漆的要求，考慮到性?xún)r(jià)比而可在汽車(chē)面漆中使用。后一種增加相對(duì)分子質(zhì)量方法的代表品種是縮合偶氮顏料。這種偶氮顏料是通過(guò)縮合的方法將兩個(gè)單偶氮顏料聯(lián)在一起，既增加了相對(duì)分子質(zhì)量又增加了分子中酰胺基的數(shù)目，因而提高了性能?？s合偶氮顏料有很好的耐熱和耐遷移性，性能上能符合汽車(chē)面漆的要求，但其著色力相對(duì)較低。目前主要在塑料和合成纖維中使用，已不再在汽車(chē)面漆中推薦。

2.2.2酞菁顏料

酞菁顏料是一類(lèi)性?xún)r(jià)比較高的高性能顏料，其色譜為藍(lán)和綠。涂料用的酞菁顏料在耐光、耐熱、耐溶劑等各種抗性上都能滿(mǎn)足汽車(chē)面漆的要求。在汽車(chē)面漆中通常推薦抗絮凝型的品種，如PB15∶2、PB15∶4、PB15∶6、PG36和某些PG7。

2.2.3稠環(huán)和雜環(huán)顏料

（1）喹吖啶酮顏料

這是一類(lèi)具有很好綜合性能的顏料，適用于汽車(chē)面漆。根據(jù)其取代基和晶型的不同，顏色有藍(lán)相紅（如R122及γ型PV19）和紅相紫（β型PV19）等。

（2）苝系顏料

苝系顏料是由還原染料轉(zhuǎn)化來(lái)的一種顏料，其色譜主要是紅、醬紅和紫，也有棕（PBr26）和黑（PBk32）。苝系顏料也屬于高性能顏料，其綜合性能也很好，但一些早期產(chǎn)品在低濃度時(shí)的耐光牢度不夠好。近年來(lái)通過(guò)改進(jìn)，很多產(chǎn)品已不再存在這個(gè)問(wèn)題而可以高度沖淡仍保持很好的耐光牢度，可作配色或在金屬閃光底色漆中使用。

（3）DPP顏料

DPP，即吡咯并吡咯二酮，是Ciba公司在1986年推出的一種顏色飽和度高，綜合性能好的以紅色為主的顏料。色譜中除紅色外，尚有橙、紫，由不同的取代基所決定。這類(lèi)顏料中最早推出的是不透明的大紅PR254（DPP紅BO），現(xiàn)在也有高透明性的藍(lán)相紅PR264。隨著DPP顏料的專(zhuān)利在2003年的到期，這類(lèi)顏料的生產(chǎn)和應(yīng)用逐漸增多。

（4）二嗪顏料

二嗪顏料中最有名的是咔唑二嗪紫PV23。它的著色力非常高，在非常低的濃度下也有很好的耐光牢度，其它性能也很好。缺點(diǎn)是在分散時(shí)不容易解絮凝。雖然也有抗絮凝型的產(chǎn)品問(wèn)世，但與白漆混合后的抗浮色發(fā)花試驗(yàn)（指擦試驗(yàn)）的結(jié)果仍難于滿(mǎn)意。近年來(lái)，二嗪顏料中又出現(xiàn)了一個(gè)新品種PB80，化學(xué)名稱(chēng)為苯并咪唑酮二嗪。它兼?zhèn)淞吮讲_咪唑酮結(jié)構(gòu)和二嗪結(jié)構(gòu)的化學(xué)穩(wěn)定性，其各種性能十分優(yōu)良，并且著色力比PV23還高，色相為紅相藍(lán)。

（5）異吲哚啉和喹酞酮顏料

異吲哚啉系顏料中以四氯異吲哚啉酮中的PY109（綠相黃）和PY110（紅相黃）及異吲哚啉PY139（紅相黃）較為常用。這也是一類(lèi)適用于汽車(chē)面漆的顏料，色譜除黃色之外，尚有橙、紅、棕等。喹酞酮也是一種性能很好的顏料。目前僅有BASF公司的PY138（綠相黃）仍推薦于汽車(chē)面漆中使用。

（6）蒽醌類(lèi)顏料

蒽醌類(lèi)顏料也是由還原染料發(fā)展而成。在汽車(chē)面漆中目前常用的主要有蒽醌紅PR177和陰丹酮藍(lán)PB60，此外尚有二溴代蒽締蒽酮紅PR168。蒽醌類(lèi)顏料中以前還常提到黃烷士酮PY24（紅相黃）和蒽嘧啶PY108（綠相黃），由于性能不很突出，現(xiàn)已不再在汽車(chē)面漆中推薦。除了苝和蒽醌之外，其它的還原顏料尚有芘酮和硫靛。芘酮（perinone）類(lèi)顏料的性能與苝系顏料相近，其中PO43性能較好。硫靛類(lèi)顏料中以前常推薦的有PR88，是一種紅相紫，現(xiàn)已不再在汽車(chē)面漆用顏料的產(chǎn)品目錄中出現(xiàn)。

2.2.4金屬絡(luò)合顏料

有機(jī)顏料結(jié)構(gòu)中如有絡(luò)合的金屬原子，則其耐熱、耐溶劑和耐光牢度等性能大大提高。其實(shí)酞菁顏料就是銅的絡(luò)合顏料，因它是一個(gè)大類(lèi)，就單獨(dú)列出了。其它的金屬絡(luò)合顏料中曾在汽車(chē)面漆中應(yīng)用的主要有鎳偶氮絡(luò)合物（代表品種為綠相黃PY150和黃相綠PG10）和金屬亞甲胺絡(luò)合物（如亞甲胺銅絡(luò)合物PY129，亞甲胺鎳絡(luò)合物PY153和PR257）。除PR257之外，其余的金屬絡(luò)合顏料因種種原因已不再在汽車(chē)面漆中推薦。

3各色顏料概述

3.1白色顏料

在汽車(chē)面漆中使用的白色顏料基本上是鈦白。適宜的類(lèi)型是ASTMD476分類(lèi)中的第4類(lèi)，即高耐久性（高抗粉化性）金紅石型鈦白粉，如在歐洲配方中常用的Kronos2310。各種牌號(hào)的鈦白粉由于其表面處理和所用樹(shù)脂體系的不同，適用的潤(rùn)濕分散劑也不同。通常應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)在酸性（如DISPERBYK-110），堿性（如DISPERBYK-161）和中性（如DISPERBYK-180）的3種分散劑中確定那一種最合適。對(duì)某一特定牌號(hào)的鈦白粉在特定基料體系中的潤(rùn)濕分散劑一旦選定，不可輕易改動(dòng)。因?yàn)殁伆追鄣姆稚⒎€(wěn)定狀態(tài)對(duì)復(fù)色漆的浮色發(fā)花現(xiàn)象影響較大。分散劑的用量在2%左右（助劑活性成分對(duì)顏料質(zhì)量計(jì)，下同）。納米級(jí)的二氧化鈦又稱(chēng)透明二氧化鈦，常在金屬閃光底色漆中配合鋁粉或珠光粉使用，是一種輔助型效果顏料。因其粒徑小，比表面積大，分散劑的用量應(yīng)較高。合適的分散劑為DISPERBYK-180，用量為10%~15%。

3.2黑色顏料

汽車(chē)面漆用黑色顏料基本上是炭黑。如作全黑漆則要用高色素炭黑，如Raven5000UltraII，Monarch1400和FW200。如用作配色，則可用低色素炭黑，如特黑100或中色素炭黑，如特黑4等。經(jīng)過(guò)表面處理，pH值小于7的炭黑容易分散穩(wěn)定；pH值大于7的炭黑分散穩(wěn)定比較困難。炭黑的分散穩(wěn)定應(yīng)使用高相對(duì)分子質(zhì)量解絮凝型的潤(rùn)濕分散劑，如DISPERBYK-161，DISPERBYK-2000，-2001，-2025等，用量根據(jù)其比表面積的大小在30%~90%之間。黑色顏料中的PBk10石墨和PBk34二硫化鉬都是銀灰色的片狀顏料，可在金屬閃光底色漆中與鋁粉或珠光粉共用，能產(chǎn)生綢緞狀的效果。石墨用于深灰色、二硫化鉬用于淺灰色的底色漆。

3.3藍(lán)色顏料

藍(lán)色顏料以酞菁藍(lán)為主。酞菁藍(lán)顏料中α型帶紅光（PB15∶1，PB15∶2），β型帶青光（PB15∶3，PB15∶4），ε型（PB15∶6）的紅光更強(qiáng)。PB15∶2，PB15∶4和PB15∶6都是抗絮凝型顏料，在汽車(chē)面漆中優(yōu)先推薦。但PB15∶1和PB15∶3在使用了3%~5%的增效劑BYKS-2100之后，其抗絮凝性也能大大提高而可在汽車(chē)面漆中使用。以上這些酞菁藍(lán)都是酞菁的銅絡(luò)合物。PB16是不含金屬原子的酞菁藍(lán)。它是一種綠相的略帶熒光的藍(lán)，性能略遜于含銅的酞菁藍(lán)，但在淺色的金屬色底__色漆中有較好的耐久性。除酞菁藍(lán)之外，汽車(chē)面漆中也使用陰丹酮藍(lán)PB60。PB60也是一種紅光藍(lán)，也有很好的耐光等性能。比PB60更紅相的有前面已提到的性能優(yōu)良、著色力很高的新品種——苯并咪唑酮二嗪PB80。對(duì)有機(jī)顏料，不論是藍(lán)色或其它顏色，在汽車(chē)面漆中應(yīng)用時(shí)一般都應(yīng)使用高相對(duì)分子質(zhì)量解絮凝型潤(rùn)濕分散劑。對(duì)溶劑型體系，除非有特殊提示，通?？墒褂肈ISPERBYK-161，-2000，-2001，-2025，-2163等，用量一般為15%~30%。對(duì)水性體系，可使用DISPERBYK-184，-190，-2010，-2015等，用量一般為20%~40%。

3.4綠色顏料

酞菁藍(lán)顏料分子中4個(gè)苯環(huán)上的16個(gè)H原子被Cl和Br原子取代時(shí)，顏色就由藍(lán)變?yōu)榫G。取代的Cl原子越多，顏色就越綠，Br原子越多，綠色就越顯黃相。汽車(chē)面漆中使用的酞菁綠顏料主要有2種：一種是PG7，每個(gè)銅酞菁分子中約有13~15個(gè)H原子被Cl原子所取代。10個(gè)Cl原子取代的銅酞菁稱(chēng)PB76，顏色在藍(lán)和綠之間，為青色。另一種為PG36，由Cl原子和Br原子混合取代，取代數(shù)為12~15，其中Br原子數(shù)為4~10。PG36是黃相綠，其分散穩(wěn)定性?xún)?yōu)于PG7，是抗絮凝型。一部分PG7的抗絮凝性不良，與PB15∶1和PB15∶3一樣，在使用分散劑的同時(shí)，尚需添加3%~5%的增效劑BYKS-2100，才能使色漿有較好的分散效果（透明性、流動(dòng)性和著色力等）。

3.5黃色顏料

對(duì)黃色無(wú)機(jī)顏料，目前適用的有釩酸鉍黃和氧化鐵黃，后者又有不透明和透明兩類(lèi)。不透明型氧化鐵黃通常僅作配色之用，而透明氧化鐵黃則在金屬色底色漆中使用。適用于氧化鐵黃的潤(rùn)濕分散劑是DISPERBYK-110和-180，用量對(duì)不透明型為7%，透明型的為25%。適用于釩酸鉍黃的潤(rùn)濕分散劑是DISPERBYK-110，用量為10%。黃色有機(jī)顏料中可用的有苯并咪唑酮偶氮顏料，如PY151、PY154和PY175等。近年來(lái)Clariant公司推出了雙偶氮顏料PY219，其具體化學(xué)結(jié)構(gòu)式尚未披露，據(jù)推測(cè)是一種雙苯并咪唑酮改性的雙偶氮顏料。它是一種很綠相的黃顏料，性能十分優(yōu)良，有很好的遮蓋力和著色力，很高的光澤和色飽和度，是與釩酸鉍黃一起使用的理想伴侶。Clariant公司近年推出的另一個(gè)高性能黃顏料是PY213，是苯并喹啉二酮改性偶氮顏料。苯并喹啉二酮的化學(xué)結(jié)構(gòu)與苯并咪唑酮很接近，后者是含1個(gè)羰基的環(huán)狀酰胺基（—NH—CO—NH—），而前者是含2個(gè)羰基的環(huán)狀酰胺基（—NH—CO-CO—NH—），所以有很好的性能。異吲哚啉酮黃PY109和PY110、異吲哚啉黃PY139，PY185以及喹酞酮黃PY138是另外幾種可用于汽車(chē)面漆的黃色有機(jī)顏料。如前所述，一些幾年前還在汽車(chē)面漆中使用的黃色顏料，因種種原因目前已不再推薦。

3.6橙色顏料

橙色顏料中有苯并咪唑酮偶氮顏料PO36和PO62，DPP型顏料PO73，DPP與異吲哚啉的共結(jié)晶產(chǎn)品IragzinOrange2037（無(wú)CI名）和芘酮PO43。PO43有很好的各種牢度，較高的飽和度和很高的著色力，但作全色漆時(shí)在戶(hù)外有發(fā)暗傾向，因此主要用于配色，在金屬色底色漆中可模仿銅的效果。

3.7紅色顏料

用于汽車(chē)面漆的紅色無(wú)機(jī)顏料目前僅限于氧化鐵紅。和氧化鐵黃一樣，氧化鐵紅也有不透明和透明型兩種，后者用于金屬色底色漆。適用于氧化鐵紅的潤(rùn)濕分散劑及用量與氧化鐵黃的相似。適用的紅色有機(jī)顏料有偶氮、喹吖啶酮、苝、DPP和蒽醌幾類(lèi)。如前所述，偶氮類(lèi)紅色顏料主要是苯并咪唑酮改性的，如PR176和PBr25以及增加了酰胺基的單偶氮顏料PR170和PR188。PBr25是一種透明度很好的棕-醬紅色顏料，常用于金屬色底色漆。喹吖啶酮紅中有PR122、PR202、PR207、PR209、γ型PV19及尚無(wú)CI顏料名的Ciba公司的RT-355-D（一種透明性和飽和度很好的黃相洋紅）。γ型PV19是藍(lán)相紅。苝紅中有PR178（以不透明型為主）、PR179（以透明型為主）、PR224等。DPP紅中最為著名的是PR254（DPP-BO），此外尚有PR255（猩紅），PR264（透明的藍(lán)相紅）以及DPP與喹吖啶酮的共結(jié)晶產(chǎn)品尚無(wú)CI顏料名的RT-380-D（藍(lán)相透明紅）和RT-390-D（高飽和度的透明猩紅）。DPP類(lèi)顏料在分散穩(wěn)定時(shí)，除使__用高相對(duì)分子質(zhì)量的解絮凝型潤(rùn)濕分散劑之外，應(yīng)添加3%~5%的增效劑BYKS-2105。蒽醌紅中有PR177和PR168（二溴代蒽締蒽酮）。Ciba公司的PR177有A2BN和A3B兩個(gè)牌號(hào)。A2BN有很好的透明性和色漿流動(dòng)性，適用于汽車(chē)面漆，但A3B的色漿流動(dòng)性差，主要用于油墨。Clariant公司的PR168猩紅有不透明型（GO）和透明型（GOTrans）兩種，是黃光紅。PR168的耐光、耐候性很好，即使在低濃度時(shí)也有很好的牢度，但在某些烤漆中的重涂牢度不是最好。

3.8紫色顏料

汽車(chē)面漆用紫色顏料主要是咔唑二嗪紫PV23和β型喹吖啶酮PV19，后者是一種紅相紫。除此之外尚有苝紫PV29和鎳絡(luò)合物PR257。PV29是透明性很好的高飽和度的紫色顏料。PR257也是紅相紫，除滿(mǎn)足汽車(chē)面漆的耐光、耐候等性能外，Clariant公司的PR257產(chǎn)品3RL有很好的遮蓋力、分散性和解絮凝性。適用于汽車(chē)面漆的各色顏料的代表性商品見(jiàn)表1~6，供讀者在選用顏料時(shí)參考。

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