邵波 王莽 王赟 安徽桑瑞泰粉末材料有限公司
摘要：作为表面涂装，粉末涂料的应用越来越广泛，颜料在粉末涂料的应用中起着不可或缺的作用。在客户和市场的需求推动下，广大粉末涂料研发人员通过染料的使用，使得粉末涂料的表面效果更加的丰富多彩。本文作者根据20年的从业经验，总结了部分染料在粉末涂料应用的实例，并对其配方设计、制造和喷涂应用中的一些关键点做了阐述。抛砖引玉，希望通过这篇简述给大家以后的染料应用提供一些参考。
关键字： 粉末涂料 染料 转印 转移 仿电镀 静电喷涂
1. 粉末涂料及染料基本简介
随着人们对环保的认识日益提高，国家法律法规对环保的要求也越来越严格，一些污染的涂装工艺逐渐受到了限制。在这种条件下，为了最大限度降低对环境的污染，对工程机械行业所用涂料及涂装工艺提出了更高的要求。由于粉末涂料与传统溶剂型涂料相比，更具有经济性和环保性。近年来，随着粉末涂料新产品和新技术的不断开发，使其在众多领域得到了发展。
染料是指能使其他物质获得鲜明而牢固色泽的一类有机化合物，由于现在使用的颜料都是人工合成的，所以也称为合成染料。染料和颜料一般都是自身有颜色，并能以分子状态或分散状态使其他物质获得鲜明和牢固色泽的化合物。染料是指能够是纤维材料获得色泽的有色有机化合物，但并非所有的有色有机化合物都可以作为染料。作为染料一般要具备四个条件。1色度
即必须能染得一定浓度的颜色（有一定的染色提升率）。2上色的能力也就是与纺织材料有一定的结合力，即亲和力或直接性。3.溶解性即可以直接溶解在水中或借化学作用溶解在水中。4染色牢度即在纺织材料上染上的颜色需有一定的耐久性，不容易褪色或变色。有些有色物质不溶于水，对纤维没有亲和力，不能计入纤维内部，但能靠粘合剂的作用机械地固着在织物上，这种物质成为颜料。颜料和分散剂、吸湿剂、水等进行研磨，可制得涂料，涂料也可用于染色，但没有在印花上的应用普遍。
染料的分类：染料的分类方法有两种，一种是根据染料的性能和应用方法进行分类，成为应用分类；另一种是根据染料的化学结构或其特性基团进行分类，称为化学分类。
(1) 按化学结构分类
分为：偶氮染料、蒽醌染料、芳甲烷染料、靛族染料、硫化染料、酞菁染料、硝基和亚硝基染料，此外还有其他结构类型的染料，如甲川和多甲川类染料、二苯乙烯类染料以及各种杂环类染料等。
(2) 按应用分类
分为：直接染料、酸性染料、阳离子染料、活性染料、不溶性偶氮染料、分散染料、还原染料、硫化染料、缩聚染料、荧光增白剂，此外，还有用于纺织品的氧化染料（如苯胺黑）、溶剂染料、丙纶染料以及用于食品的食用色素等。
(3) 染料的命名方法: 三段命名法 = 冠称+色称+尾注
① 冠称。 即染料应用类别的名称。故又称属称或属名。
普通属名即共用的类别名称。如直接、活性、酸性染料等。专用属名染料制造厂家专用的类别名称。注:同一类别的染料，不同厂家有不同的专用属名。
活性染料：Sumifix(住友) 、Sunfix(五荣) 、Remazol(赫斯特) 、Levafix(拜耳) 、Pricion(卜内门) 、Cibacron(汽巴) 等等
② 色称。即染料上染纤维后所得染品颜色的名称。物理色词:红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、黑等;自然现象色词:天蓝、海蓝、湖蓝、金黄等;动物色词:鼠灰、驼色等;植物的名称:橘红、桃红、玫红、草绿等。为区分色彩上的差异，可在色词前加上适当的修饰词，如，老、嫩、深、浅、亮、暗、艳等。
③ 尾注。即对染料的性能加以说明。常用英文字母表示。说明染料的色光、用途等
B表示带蓝光或青光;、R 表示带红光;、V 表示带紫光、G 表示带绿光;、Y 表示带黄光
L 表示耐光性好;、D 表示适用于染色;或表示色泽稍暗;、P 表示适用于印花或染纸。 表示染料的浓度和力份等浓度: conc表示浓、H.C.表示高浓、ex.conc表示特浓、Double表示双倍浓。
力份:染料生产厂家以某一质量分数作为力份标准(力份视为100%)，与其相比而确定的相对浓度。染料力份是一个相对值，不是染料含量的绝对值，它是将标准染料的力份定为100%，与标准染料在相同条件下染色，若染得色泽深浅相同时所需要的染料量为标准染料量的0.5倍，则力份为200%，若是2倍，则力份是50%。所以工厂对每批商品染料要加以检验，标定力份，如:50%、100%、200%等。表示染料的物理状态pdr 表示粉状、pf 表示细粉状、s.f. 表示超细粉状、gr 表示颗粒状、paste 表示浆状liq. 表示液状、p.f.f.d 表示染色用细粉状、p.f.f.p 表示印花用细粉状 。
2. 染料在粉末涂料中的应用之仿电镀和漆改粉效果
利用染料的特点结合粉末涂料的特性，可以模仿出一些电镀效果，例如电镀红，电镀金、电镀蓝等等，广泛的应用于漆改粉行业，例如工艺品、酒瓶、自行车车管等行业。本文介绍两种方案工大家参考：
(1) 第一是利用分散性：由于染料的润湿和分散性能比较优越，所以我们可以用染料做一些半透明的，如半透红，半透黄，半透蓝等等。将这些半透明粉罩涂在镜面银或白亮的底材上就会展现出类似电镀的效果。对透明树脂配方进行着色时，可将一定比例直接加入透明粉配方中均匀拌和即，色调浓度可按需要量调配。染料在透明状洁净的树脂中，能获得鲜艳的透明色调，若与适量的钛白粉及染料联合使用，可获得半透明或不透明的色调。用量可根据需要商定，透明色调中一般用量在0.02%-0.05%，不透明色调正常用量为0.1%左右。
由上表的配方可得知，相对于常规的有机颜料对比，通过染料做出的半透涂膜，没有一般颜料所带来的云斑现象，也没有随膜厚有明显的颜色色差。但我们也发现在膜厚相差比较大，或工件的流挂角等部位的颜色差异就比较大了。
(1) 第二是利用染料的热迁移性：
我们利用染料的热升华性能，结合铝粉的配合，可以做出另外一种仿电镀的效果。首先我们设计一个金属粉配方，如下表所示，在底粉配方里面加入适量的染料，考虑到金属颜料的遮盖力，染料的用量也可以少一些。将底粉和我们想要的金属效果颜料绑定后。 其次为将染料的效果升华出来，我们需要在金属粉表面再罩涂一层透明粉。再透明粉固化过程中，染料热升华到透明涂层中，形成一层均匀，透亮的半透涂层，颜色可通过选择染料的种类达到红黄蓝绿等各种效果，再与底涂的金属效果搭配，镜面银可以形成类似与电镀的效果，细闪银可以达到类似油漆的效果。
需要注意的是透明涂层的烘烤温度时间、透明涂层的厚度以及不同树脂种类会对颜色有影响
1）、 烘烤温度的控制
通过上述测试可知，随着透明涂层烘烤温度的加大或相同温度烘烤时间的加长，由于染料的升华程度和深度不一样，颜色总体往偏深的程度过渡。
2）、膜厚的影响
有上可以得知，随着透明涂层膜厚的加大或，由于染料的升华深度不一样，颜色总体往偏深的程度过渡。
3）、树脂种类的影响
有上可以得知，不同种类的配方树脂，对颜色有较大影响，这些树脂的区别主要是在酸值、粘度、胶化时间有差异。对具体的影响，需要做进一步的分析研究。
3. 染料在粉末涂料中的应用之热转印
染料在粉末涂料中另外一个重要的应用就是热转印，通过热转印纸将油墨图案转印到涂膜表面，形成例如各种木纹、大理石纹等仿真效果，在家具、门窗、墙板上应用，比实木或石材更加环保，而且价格低廉，可回收利用，性价比极高，近年来成为粉末涂料一个重要的发展方向。
转移印花是指经转印纸将染料转移到涂膜上的印花工艺过程。它是根据一些分散染料的升华特性，选择在150℃～230℃升华的分散染料，将其与浆料混合制成“色墨”，再根据不同的设计图案要求，将“色墨”印刷到转移纸上，然后将印有花纹图案的转移纸与织物密切接触，在控制一定的温度、压力和时间的情况下，染料从印花纸上转移到织物上，经过扩散作用进入织物内部，从而达到着色的目的。转移印花有升华法、泳移法、熔融法和油墨层剥离法等几种方法。其中以升华法转移印花最为成熟。
升华法是最常用的一种方法，利用分散染料的升华特性，使用分子量为250～400、颗粒直径为0.2～2微米的分散染料与水溶性载体（如海藻酸钠）或醇溶性载体（如乙基纤维素）、油溶性树脂制成油墨，在200℃～230°C的转移印花机上处理20～30秒，使分散染料转移到热转印纸等合成纤维上并固着。
升华法一般经历三个过程：在转移过程发生前，全部染料都在纸上的印膜中，被印涂膜和空气隙中的染料浓度为零，空气隙的大小取决于涂膜的结构、表面张力和转移压力。在转移过程中，当纸达到转移温度时，染料开始挥发或升华，并在纸与纤维间形成浓度挥发，当被涂膜达到转移温度时，在涂膜表面开始了染料吸附，直至达到一定的饱和值。由于染料从纸到涂膜的转移是持续进行的，其吸附速率取决于染料扩散到涂膜内部的速率。为了使染料能定向扩散，往往在被染物的下侧抽真空，使染料达到定向扩散转移。在转移过程后，被染物着色后，纸上的染料含量下降，部分剩余的染料迁移到纸的内部，残留的染料量取决于 染料的蒸汽压、染料对浆料或转移纸的亲和力和印花膜的厚度。升华法一般不需要经过湿处理，可节约能源和减轻污水处理的负荷。
目前用于热转印的粉末涂料体系以聚酯/TGIC、聚氨酯、氟碳体系为主，结合转印纸和转印油墨的耐候性能，做出市场所需的户内使用、一般户外使用、十年耐候质保等转印产品。应用中我们要注意两个点，油墨在涂膜的渗透深度和涂膜表面张力（表面平整度）。
(1) 油墨在涂膜的渗透深度对颜色的稳定性控制很重要。有研究表明不同树脂的酸值交联密度，相同树脂的胶化时间及粘度、压板温度时间，压板时间对渗透深度影响较大。随着树脂的酸值加大，油墨的渗透深度会变浅，从而使得转印颜色也变浅，影响后期图案的保值期限。另外随着转印温度的升高和压板时间的加长，油墨的渗透深度加深。
(2) 另外不同配方设计的涂膜表面性能会影响图案转印的清晰度，也可以说是纹理之间的清晰度，不能有浑浊现象，这样的木纹看上去仿真度较差，市场接受程度差。涂膜表面的张力也影响撕纸性能，太低了会粘纸，太高了容易飞纸（胶水转印）。在配方设计的时候需要关注这些。
由此可知不同配方的设计，对转印的图案影响较大。
1. 应用中的关键点及应用前景
染料的优点在粉末中的应用带来了新的效果，但我们也不可忽视它的缺点，这也是我们在日常工作中需要注意的关键点。染料的热迁移性和耐候性不足使得它在耐久性上面会比较差，无论是前文说的漆改粉的应用还是后面的转印纸应用，耐久性差是个无法回避的问题。
在自然界的老化过程中，受到水分，温度、紫外线等等的影响，特别是防止户外的一些产品，例如木纹门窗、户外装饰品等，随着自然界的老化，涂膜虽然还有一定的保护作用，但染料会慢慢消融变色，引起整个产品的变质。
所以未来如何既能利用染料的优势开发出更多的新产品的同时，通过原材料、配方设计、工艺等改善和规避它的缺点是重中之重。
5.总结
综上所述，相对于染料在其他行业应用来讲，粉末涂料的应用微乎其微，它受到使用环境、工艺、工件设备等影响。染料化学虽说复杂，但我们作为粉末技术人，在从事着关乎绿色环境的环保行业，更有责任提高粉末涂料行业的拓展，跨界的开发和应用，是研发技术人员的使命。粉末的漆改粉效果关系到客户的使用感受和施工及使用成本，相信在未来的涂料发展中，更多的行业和客户认识到漆改粉的优势，在这个大趋势下，染料的作用不可或缺，希望通过这篇综述抛砖引玉，能给广大同行带来启发，带来更多的好产品。从而迎来粉末行业的新高峰。
参考文献：
1. 路艳华、张峰 《染料化学》 中国纺织出版社出版， 2009年
2. 南仁植 《粉末涂料与涂装技术问答》 化学工业出版社 2004年
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