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有机颜料概况及应用性能★★★☆ |
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引 言
在工业应用中通常称有机颜料为着色剂 ,通俗地称它为一种不溶于水(难溶于水) 能和被着色的物质充分分散及改变其吸收光谱而显示出颜色的一种有机物质。
颜料通常可分为两大类:有机颜料和无机颜料 。其各自特征见表 1
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表 1 有机颜料与无机颜料特性
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项目
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类别
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有机颜料
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无机颜料
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化学组分
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有机化合物
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无机化合物
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应用性能
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色光鲜艳 ,着色强度高 ,透明度好，化学稳定性好
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色光鲜艳度差 ,着色强度低 ,遮盖力好，物理性能好
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品种色谱
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色谱齐全 ,品种繁多
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色谱不全 ,品种较少
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毒性程度
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毒性较小
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多数毒性较大(如铅铬黄、红丹)
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工艺、价位
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工艺复杂、价格高
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工艺简单、价格低
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由于无机颜料价格便宜 ,遮盖力高 ,因此在涂料工业中应用占有较大比例。随着社会经济的发展 ,人们生活水平的提高 ,有机颜料在涂料工业中应用比例不断上升 ,近年来随着我国涂料工业迅速发展 ,新型涂料不断研制开发 ,高档涂料品种占有的比例增幅较大 ,对有机颜料的需求增长迅速 ,并且对有机颜料的品种和性能提出了更多、更高的要求。这也给颜料工业发展提供了良好的机遇。有机颜料制造厂商有责任进行密切配合跟上涂料工业的发展需要 ,研制生产符合涂料产品需要的有机颜料。
1 有机颜料的分类及发展概况
有机颜料的色谱品种繁多 ,有以下几种不同的分类方法。
(1) 按其色谱可分为:黄橙色颜料 ,红色 （带黄、绿) 颜料 ,紫、棕色颜料和绿色颜料.
(2) 按照其应用领域可分为:涂料用颜料、油墨用颜料、塑料（橡胶）用颜料、化妆品用颜料 4 大类。
(3) 按其化学结构类型进行分类 ,可分为：偶氮类、酞菁类和杂环类 3 大类。
1.1 偶氮类颜料
偶氮类颜料是颜料分子结构中含有“ —N N —”形式的颜料品种。该类品种结构最多,产量最大,色谱丰富,主要为黄、橙、红品种,依其结构又可分为4类。
(1) 不溶性单偶氮颜料。颜料分子结构中只含有1个偶氮基团( R—N=N—R’)该类颜料不溶于水 ,其耐酸、耐碱、耐渗水性能优良 ,耐光性能尚可 ,但耐热、耐溶剂性能稍差。代表性品种有耐晒黄 G （汉沙黄G） P. Y.1、耐晒黄 10G ( 汉沙黄 10G )P. Y. 3、永固橙 RN P.O.5、甲苯胺红 P. R.3、永固红 F4R P. R.8、甲苯胺紫红 P. R.13。但也有一些耐光、耐热、耐溶剂性能比较好的属中高档颜料的品种如:永固红FRR P. R. 2;永固红 FGR P. R. 112;永固桃红 FBBP. R.146;永固红 F3RK P. R.170 等品种。
(2) 不溶性双偶氮颜料。颜料分子结构中含有2个偶氮基团 ( R’—N=N—R—N=N—R” )。由于颜料结构相对分子质量增大 ,颜料的性能提高 ,该类品种的耐热、耐溶剂性能都比较优良 ,且着色浓度高典型的品种有:联苯胺黄 G P. Y. 12;永固黄 GR P.Y.13;永固黄 G P. Y.14;永固黄 HR P. Y.83;永固桔黄 G P.O.13;永固橙 F2G P.O.34。
(3)偶氮色淀颜料 难溶性偶氮颜料 。该类颜料在制造过程中经过金属盐色淀而成。该类颜料色光鲜艳 ,因色淀而成所以其耐渗水性较差 ,而耐热性能耐溶剂性良好 ,由于其耐光性能不优异 ,因而较少用于耐候性要求高的涂料中。代表性品种主要有 P. R.49 立索尔大红;钡盐色淀;P. R. 48 耐晒红(2B 系红系列品种) 有:耐晒大红 BBN 钡盐色淀黄光大红 PR.48∶1;耐晒艳红BBC钙盐色淀蓝光红 P. R.48∶2耐晒红BBS锶盐色淀大红色光 P. R.48∶3;耐晒深红BBM 锰盐色淀 P. R.48∶4;金光红 C,黄光 大红 P. R.53 钡盐色淀;立索宝红BK 洋红 4B P. R.57 ,蓝光红钙紫色淀;耐晒艳红 S2BL 钡盐色淀黄光大红 P. R.243 ,该品种耐热性可达到 210 ℃。
（4）缩合偶氮颜料（大分子颜料） 。由于其颜料相对分子质量比普通偶氮颜料大 ,且分子结构中都带有2 个或 2 个以上酰胺基团 ,因此对颜料的各项物理性能有较好的改进。耐光性达到 7 级 ,并具有优异的耐热性和耐溶剂性 ,属高档颜料品种.可用于牢度性能要求高的涂料品种:如大分子黄 GRL P. Y.166;大分子红 R P. R. 166;大分子红 BR P. R. 144;大分子棕5R P.Br.23。
1.2 酞菁系颜料
该系以铜酞菁 CuPc 为主要品种。其化学结构是由 4 个异吲哚环组成一个封闭的十六元环状化合物 ,中心为铜原子组成。主要品种有:酞菁蓝B P.B.15;酞菁蓝BS P.B.15∶1;酞菁蓝BSR P.B.15∶2;酞菁蓝BGS P.B.15∶3;酞菁蓝 GLNF P.B.15∶4;酞菁绿 GP. G.7;酞菁绿3Y P. G.86。该类颜料具有优异的耐光、耐热、耐酸、耐碱等性能 ,且着色力高 ,是涂料工业理想的蓝系有机颜料品种。
1.3 苯并咪唑酮系颜料
颜 料 结 构 中 含 有 苯 并 咪 唑 酮 结 构
 而将此系列黄、橙、红、棕品种称作苯并咪唑酮颜料。由于生产工艺也需重氮偶合反应步骤 ,有些资料也将此列为偶氮颜料类。苯并咪唑酮系颜料由于其独特的结构及颜料分子间氢键的存在 ,而成为耐光、耐热、耐溶剂均优异的高档颜料品种 ,耐光牢度可达7～8 级 ,耐热性超过250 ℃。品种有:永固黄 HCR P. Y. 156;永固红 HR P. R. 171;永固棕 HFRP.Bro.25。
1.4 杂环酮类颜料
杂环酮结构 主要代表结构有以下几种:
（1）喹吖啶酮类结构
品种有喹吖啶酮红 1171 ,1170 ,1102 ,P. R. 122（俗称酞菁红）;
喹吖啶酮紫 BH101 ,BH201、400 ,P. V. 19 （俗称酞菁紫 ）
(2) 二噁嗪类颜料结构:
代表性品种有:永固紫 RL P.V.23。
（3）异吲哚啉酮颜料结构:
代表品种有:lrgazine yellow 3RLT. P. Y.110（汽巴公司 ）
（4）苝系颜料结构:
主要品种有:Paliogen Red L. P. R. 123 巴斯夫公司Paliogen Red K3580 P. R.149 巴斯夫公司
（5）吡咯并吡咯二酮类颜料结构:
汽巴公司代表品种有:lrgazin DPP. Red Boc.BPP. R.254 （耐热可达 400～420 ℃）
lrgazin DPP. Scarlet EK. P. R. 255 ( 耐热可达500 ℃)
以上颜料各项物理性能指标优异 ,耐光、耐气候牢度、耐热、耐溶剂性等各项性能均佳 ,是高档涂料首选的高级颜料品种 ,美中不足的是目前市场进口价格比较昂贵。 随着国内颜料厂商产品不断投放市场 ,价格会逐渐下降 ,逐渐被涂料工业广 泛应用。
2 国内外有机颜料生产概况
全世界颜料产品1992年约为380～400万吨 ,其中无机颜料占90%左右 ,主要有钛白粉( TiO2) 270万吨 、炭黑22万吨,其他无机颜料71万吨 ,有机颜料为25～30万吨(1960 年仅为7万吨 ,1971年17万吨,1980年27.5万吨) ,有机颜料每年增加速度约为6%。 以1980年计算有机颜料人均占有量 ,世界人均为36.5g/人 ;美国 107 g/人 ,日本 105 g/人 ,中国仅为 6.6 g/人。这一数据为近10年我国有机颜料的发展提供了巨大动力。 到 2002 年我国有机颜料人均占有量上升到 58.3 g/人。
全世界有机颜料生产厂家近400家 ,其中年产量超过5000t有15家 ,年产7000～10 000 t 的厂商有德国赫司特 ( Hoscht) 、巴斯夫 (BASF) ,瑞士汽巴嘉基(Ciba Geigy) ,美国杜邦(Du Pont) ,日本大日本油墨(DIC)、大日精化等著名公司 ,其总产量超过10万吨 ,占世界有机颜料产量一半左右。
我国有机颜料的生产原主要集中在上海(染化一厂、十二厂)、天津(染化六厂、天津油墨厂)、北京 (北染) 和甘谷油墨厂。 20世纪70年代特别是“改革开放”以后我国有机颜料发展较快的地区有 :江苏省(常州、镇江、扬州、南通等地)、浙江省 (肖山、上虞、温州)、山东省 (蓬莱、龙口、青岛)及河北省 (衡水、琛县等地) 。全国有机颜料产量也从1985年1万吨左右发展至2003年的8万吨左右的规模 ,发展速度惊人。与国外相比产量上升较快 ,但品种不齐全 ,质量仍有差距 ,特别是一些高档产品尤为突出。
我国染料工业中有机颜料的产量与染料品种的产量比为1∶10 ,较世界的产量比 1∶3仍有差距。因此 ,我国有机颜料工业仍需进一步加快发展步伐。 国外一些著名颜料制造商也看准这一点 ,纷纷进入中国大陆市场 ,先后与国内企业合资生产有机颜料的国外大公司 ,首先有德国巴斯夫与上海染化一厂合资成立上海巴斯夫公司 ,年产有机颜料7000 t ,目前 ,已成外方独资企业 ,产量在 12000 t 左右 ;继而德国赫司特与天津染料化工八厂 (原天津染化六厂颜料部分) 合资成立了科莱恩 (天津) 公司 ,年产4000 t ;瑞士汽巴公司与青岛染料厂合资成立青岛汽巴颜料有限公司 ,年产 3000 t ,还有日本、美国等国著名颜料制造商拟与中国合资生产有机颜料。大有世界颜料生产重心由西方向东方转移 ,东方移向中国之势。
有机颜料用途广泛 ,可应用于印刷油墨、涂料、塑料、橡胶、(化纤) 纺织印花涂料色浆 ,文教纸张、蜡制品、化妆品等方面。从各行业应用有机颜料情况来看 ,油墨工业占首位 ,依次为涂料和塑料、橡胶工业。
其比例如表 2 所示。
表 2 显示涂料工业是有机颜料的主要对象 ,因此研制生产符合涂料工业着色要求的优良品质有机颜料是颜料生产商的重要任务之一。
3 涂料用有机颜料品种
有机颜料的应用性能是全面评价产品质量的综合性指标。 而颜料的物理化学性能指标不仅与颜料的应用性能有着密切联系 ,同时也与其应用范围 (即用途) 有着紧密关系。
通常由于着色对象不同而对颜料的性能有着特定要求。比如一个透明度好的颜料用在油墨中是比较理想的产品 ,而用于涂料中 (除透明涂料品种) 给予的评价为遮盖力差而不受欢迎。又如耐溶剂性优良而耐晒牢度一般的颜料产品在塑料中应用不迁移 ,制品在室内使用对日晒牢度没有较高的要求 ,而制成的涂料需要在户外或在汽车等方面涂刷 ,容易变色 ,耐晒牢度不符合要求而不能使用。因此评价某个颜料产品的应用性能往往只能是针对被着色对象的要求而言。所以颜料工业对有机颜料建立的产品质量指标 : ①颜料的色光 ; ②着色力( %) ; ③水分(105 ℃挥发物) ; ④ 水溶物 (水溶盐) ; ⑤吸油量 ; ⑥细度 (目数 :即通过一定目数的筛子残余物 < 5 %为准) 。 另外由于颜料用途广泛 ,因此也对有机颜料产品的一些物理化学性能指标进行了测试。具体项目有 : ①耐光性(日晒牢度) ; ② 耐热性 ; ③耐酸性 ; ④耐碱性 ; ⑤耐水性 (水渗性) ; ⑥ 耐油性 (油渗性) ; ⑦ 耐溶剂性 ; ⑧ 分散性 ; ⑨ 耐迁移性 ; ⑩ 遮盖力 (反之为透明度) ;流动性;装填容积。 另外针对用户的特殊需求还可提供颜料的重金属离子含量及颜料的分散稳定性能等的测试。以上有关颜料的理化数据可为应用单位选用合适的颜料商品时提供参考和帮助。
当前国内外有机颜料生产商均在颜料的晶型、颜料分子表面处理研究工作方面加强科技力量 ,增加资金投入 ,采用先进的工艺条件和新的表面处理活性剂对颜料的应用性能进行改进提高。 许多公司对同一结构的颜料针对不同应用对象能够提供几种、十几种、甚至几十种应用性能优异、用户欢迎的不同牌号的商品颜料 (见表 3 、4) 。
表 3 相同颜料结构拥有不同牌号的商品数量
表 4 相同颜料结构不同牌号的商品及其特性和用途
由表 4 中可以看出 ,每个牌号颜料都应有自己的特性和主要应用范围 ,有些产品不是在所有应用范围中都能获得满意的效果。 另外价格成本也应是加以考虑的主要因素。 为此 ,用户在选用颜料品种时应了解该颜料的性能及特点 ,是否与自己产品要求及产品加工生产过程的条件相符 ,这样才能正确选择理想的有机颜料品种。
对于涂料工业而言 ,由于品种类型繁多 ,对颜料的理化性能要求往往是各不相同。主要是颜料的色泽符合标准色光要求 ,着色力高 ,遮盖力好 ,颜料颗粒细 ,分散性好等要求。对于某些高档涂料 (汽车漆、粉末涂料) 品种而言 ,还须强调颜料耐晒性优异 ,耐热性好 ,耐溶剂性优良 ,易分散等性能指标。表 5 为高档涂料用有机颜料品种供参考。
表 5 适合高档涂料用有机颜料品种
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