炭黑的基本性能和涂料应用性能

很多涂料行业的朋友对于炭黑的基本性能和涂料应用性能之间存在一定的误区。此文中罗列了部分容易出现的问题。涂料对其颜料的要求,除了颜色之外,还对着色力、吸油量、水分、水溶性、PH值、相对密度、粒子形状大小、耐溶剂性、耐化学品性、耐候性、无毒无公害性、分散性等有不同的要求。炭黑在屋里方面活性很高,但在化学方面则是不活性的,因此其耐候性和耐化学品性好。炭黑的黑度和着色力高,价格稳定,因此在涂料工业不可血少的黑色颜料,常用于建筑、汽车、铁路车辆和船舶用涂料中。炭黑除用于黑色涂料外,还作为调色颜料应用于灰色及其他颜色的涂料中。

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黑度

黑度是涂料用炭黑的主要指标,当用于黑色涂料的着色时,例如黑色汽车面漆,要求所用的炭黑黑度越高越好。当将炭黑用于调色时,黑素太高添加量太少,反而容易引起不同批次的涂料产品产生色差,故要求使用黑度较低的炭黑。炭黑的黑度即炭黑吸收光的程度,光吸收愈多,光反射愈弱,炭黑及其着色物质的黑度就越高。由于光吸收作用在炭黑粒子内部(准晶体晶格中)产生,当炭黑在涂料中浓度为一定时,炭黑粒径越细,同样容积中炭黑粒子数也越多,光吸收越强,黑度也越高,而用粒径较粗的炭黑,光反射较多,即使增加炭黑浓度,使同样容积中炭黑粒子数增多,但光反射仍较多,黑度仍较采用细粒子炭黑的低。

炭黑的聚集体会产生光散射作用,当炭黑结构高时,聚集体的光散色增强,从而也会降低光吸收的程度即降低黑度。

着色力 

着色力(着色强度)是将白色或彩色颜料和炭黑混合时,炭黑的着色能力。也就是炭黑使混合物系光吸收作用提高的程度。这一特性取决于炭黑和颜料的配量比和炭黑本省的性质,当配量比一定时,某一炭黑的着色能力即为其着色强度,在涂料行业中称为着色力。

炭黑粒径小时,结构低,着色力就较高,然而当粒子小于20nm时着色能力不再上升,甚至下降,原因有三点:

其一,粒径过小难分散,形成较大附聚体。

其二,粒径小的炭黑,被粒径较大的颜料粒子遮蔽。

其三,粒径小于20nm时,涂膜的透明度增加。如将炭黑按不同配量比和一个白色颜料混合时,可进行浅灰、灰色、深灰和黑色着色,如欲将一种颜色略微调暗些,则可用炭黑调色,一般采用着色强度较低的,也就是粒子较大的炭黑来调色,添加量很小,添加量的细小误差对配出的颜色影响就很大。

色相 

“炭黑粒子”随粒径减小而减弱的光反射还会影响色相。用细粒径炭黑进行表层黑色着色产生淡蓝色相,它能进一步增强高色度视觉印象。用粗粒径炭黑着色则会产生棕色色调。可见光射入炭黑“饱和色”(不透明)着色层中时,炭黑粒径越细,短波蓝光的散色比长波红光更强。由于红光散射更弱,便能更深地射入着色层,而蓝光散射更强,它能更强地产生回散色。从着色层中向外反射。观察用炭黑着色的透明层时,色调关系恰好相反,随着炭黑粒径减小,可见光中散射强的蓝光射入着色层较少,而从另一面透射而出。因此由于缺少蓝光,透明层则更显棕色色调。进行“白色混合着色”(调色)时,得到的结果与观察透明层中饱和色着色的情况相同。使用细粒径炭黑时,可见光蓝光部分侧向散射性较强,从而使余下红光引起黄灰色色调。相反,前述用来“调色”的粗粒径炭黑特别是粒子较粗的灯烟炭黑却会引起蓝相色调。除粒径外,炭黑的结构也会对色调产生影响,结构较高的炭黑和粒子较粗的炭黑会产生相似的影响。



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