颜料

颜料不论是有机和无机的不溶物质，广泛的应用在表面涂装作业中，同时也应用在油墨、塑料、橡胶、陶器、纸张、油毡(1inoleum)等工业中，便有颜。 　　由于所有的建筑物和设备，经常承受大气侵蚀，特别在城市中，大气中渗杂有油烟和二氧化硫，加速了物料，主要为木料和金属的衰败老化，需要用表面涂装加以保护。同时涂装薄膜除了保护作用外，还给予制品一种悦目醒察的外观，对于一般环境及房屋内部，产生美丽喜悦的感觉。 　　物体的表面涂装，远在史前时代已有应用，用以保护石洞墙壁及雕塑物的表面。这些原始油漆包括有色土料，或浮悬在水中的有色土，敷涂在物体和墙壁表面，而形成有色的保护薄膜。后来使用浮悬在油漆中的各种天然及人造颜料，使涂装更为有效及美观。但涂装工业的真正发展，乃在工业已有大规模发展，对经济问题及审美观念，更为深入研究，和变为重要之后。颜料就广义的说，是任何种颗粒物质，散布在媒剂中，是不溶的，同时几乎是物理以及化学的和媒剂不发生反应的。这样的定义，不但包括了有色颜料，也包括了填料(filler) 、扩展剂(展色剂)(extender)，以及官能性的颜料(functionalpigment) 。为颜料用的颗粒物质，他们的颗粒大小范围，从非常细小的胶质颗粒(colloidal particles)(～0.01μm)起，以至比较粗的颗粒(～100.0μm)(μm=10-6m)。 　　颜料是种粒状或粉状固体，在配合的油料担体(液媒)(vehicle)或媒剂(medium)中，是不溶的或实质上近乎不溶的。他们有选择性吸收可见光的一部份或是全部份，因而产生颜色。同时因为对光的分散，有反射、折射，以及绕射等作用，对分散液剂(或担体)的不透明度有影响，也就是在应用后，在施涂表面发生不同程度的遮盖作用。颜料对于配合的系统，有关他们的流动性质，以及耐久度，也有影响。 　　颜料和染料(dye)不同，主要在于他们的应用方法不同，而不是因为他们的化学组份。一种染料在应用到纺织品上，是先作为可溶形式，然后再变成不溶，而固看在织品上。使用一种染料看色，也可以因为他们直接的在塑料或油墨系统中溶解而达成。而颜料的看色，是靠散布粉细不溶固体在油漆担体中，不需要先溶解而达到目的。一个有用的例子，黄色物质flavanthrone(黄色?酮)(阴丹士林特黄)，具有完全相同的化学组成份，可以应用作为染料，也可以作为颜料。当作为一种染料时，他们首先用化学还原方法，使变成碱可溶的还原形式(reducedform)或无色形式(leucorform)，然后使用这种溶液，应用在纺织品上，再加以氧化，固定在织品上，重行产生不溶的flavan2hrone。但当作为颜料使用时，flavanthrone是在粒状不溶形式，直接的散布在油料或塑料本体中。这种双重性质的有色物质，对颜色指数(colorindex,CI)而论，在两种情形下是相同的，但有不同的名称，依应用情形而定。例如CI 42040，有碱绿1(basic green1)和颜料绿l(Pigmentgreenl)之分。 　　颜料是表面涂装系统的主要组成份之一。他们直接的对系统提供有保护的作用，以及有装饰的、或艺术的、或其它的作用;并包括作用在油漆中，作为安全用途的交通指示，以及一般标帜指示等。在这第一章一般概说些用途中，颜料占有重要地位，使油漆能达成任务。同样的，颜料对其他类产品，多少和有机表面涂装有关的，如复合地板、油布、橡胶和塑料、油墨、陶瓷品、纸质涂装、水泥涂装、画彩笔等等。 　　颜料对表面涂装系统，提供某些特定性质，便有颜色和不透明，以及若干其它特殊性质等。这些特殊性质可以方便的汇集成为化学的和物理的性质。化学性质，包括有防锈特性，如同船底漆和钢架结构漆需要的;增加外表的耐久度，如同房屋漆和室外用瓷漆需要的。表面涂装的物理性质受颜料影响的，有光泽(sheen) 、结构(texture)、稠度(consistency)、薄膜的透孔度(poyosity)、薄膜厚度(thickness)、油料担体的渗透度(Penetrationofvehicle)，以及其它特殊性质。对于有色系统作一个技术性和哲学性的处理，我们首先引进颜色概念(conceptofcolor)。颜色是种性质，使一个目的物呈现在人眼前的各种外观，和物理表面反射的光线有关。颜色是光振动的一个函数，是激起视觉活动的天然剂料。光线影响颜色感觉的典型贡献，包括有反射、折射、绕射、极化，以及干扰等。 　　光在真空中，以每秒300,000公里的速度行动，根据光能量不可能无穷尽分隔的假定，光是包括有极小的颗粒。这种颗粒，Einstein在l905年建议，叫作光子(Photons)。这理论对于入己知道的光电效应(photoelectri。effect)，有非常满意的解释。当形成颜色的一连串电磁波，为观察者的肉眼截着了，同时变成为有相对幅度的组份波频率，再经过初步转变(decoding)，这些颜色资料，用神经振幅(nervousimpulses)通过腺细胞(triatecorlex)，传递到脑部加以分析。颜色的波长，可以在人眼中分析的，有如下表： 　　颜色(color)的最主观定义，是在400-700nm 波长间可见光线范围内，目的物可以重现(subjective reproduction)的某一特殊性质。 　　颜色包含有三种基本性质，色素(hue)、色量(value)和色度(chroma)。在实质上颜色分别是从色素得来，色量是衡量照亮物质的鲜亮度(lightness or　brightness)，色度表示他们的饱和度(saturation)或光纯度(optical purity)。 　　混合第一级或基本颜色(Primary color) ，可以得到许多光彩落丽的颜色，所形成的颜色，在普通日光下观察，不是任何组成份能吸收的，所以颜料混合，实质上是颜色动力学(color dynamics)的一种消减程序方法(substractive　process)。 　　第二级或次级颜色(secondary colors)，可用两种或更多基本颜色混和制成。 　　第三级颜色(tertiary color)是用第二级颜色混合获得。三色制度(trichromatic gauge)中颜色量度(color value)的光波长如下表。 (R)　红色　700 nm (G)　绿色　546.lnm (B)　蓝色　435.8nm 在油漆、染色，和印刷的技术发展中，是使基本颜色，从R─G─B变成三重态(triplet)。 红(R)　黄(Y)　蓝(B) 黑色(black color)是光线的完全吸收，而白色(white color)是光线的完全反射。 工业界处理有色物质，使用所谓“颜色”(color atlas)的，用来控制原料、最终产品、包装物品的色素(hud)，同时用来测定敌对厂家的产品。英国卜内门公司(ICI)(lmperialChemicalIndustries,Ltd)，在1969年出版 lCI颜色表(ICI Color Atlas)。这种用完全新原理设计成的颜色表册，可以用来显示27,580种不同颜色版。这种色表根据的原理，是限制有色样品?属于鲜亮色(bright shade)的－就是没有灰色、棕色，或橄榄绿色。为了必须有的暗淡，颜色专家在适当的颜色样品上，放置一连串中性灰色过滤片(neutral gray fil-ter)中的一个，而引进暗淡。ICI颜色专家提供二十种这样过滤片，每一种可以放置在1379颜色样品上的任一种，这些样品安排在图1-1的正常颜色环中。 这些颜色可以分为三类，每一类包括有用两种基本颜色混合产生的色版： 第一基本颜色　混合颜色　第二基本颜色 　　红色　　　　棕色　　　　黄色 　　黄色　　　　绿色　　　　蓝色 　　蓝色　　　　紫色　　　　红色　　 这中性灰色过渡片，是安装在一个滑动架上，在具有两个窗户的支架上移动，那支架作用如同一个面具罩，来隔离每一特殊颜色样品的。那ICI颜色表中的27,580种色版的每一种，都有他的特殊成份。 1? 颜料的分类 　　颜料作为总类，可以分为有机颜料(organic pigments)和无机颜料(inorganicpigments)。无机颜料包括有许多天然产物料，完全得自矿物资源，也有合成制成的;差不多所有的无机颜料，是化合物，常常是复杂的混合物，在其中金属是分子中的一部份。有机颜料包括一小部份来自天然物质，如同植物染料(vegetable dyes) ，但大部份约有机颜料是合成的。他们的化学组成份，包括有用碳作为分子的基本部份，作为特性。 　　碳黑一商业上称为碳烟(carbonn black)一和金属粉(metallic powders)，具有颜料的特性和用途，所以也包括在无机颜料中。 　　有机颜料一般比无机颜料价格为高，但他们比较有高的?色强度，更好的鲜艳光亮度。在有机颜料中所谓的沉淀偶氮颜料(Precipitated azo pigments)是磺酸或羧酸的金属盐，颜料沉淀物或沉淀颜料(pigment lakes)，是用水可溶约有机染料沉淀在无机基料(substract)上，或从一个酸性或碱性染料沉淀出的金属盐，新的Phthalocyanine颜料(苯二甲蓝素颜料)是Phthalocyanine 的铜盐。他们可概括的说是有机金属化合物(organo-metallic compounds)，是有机和无机化学联合形成一门新化学园地的产物。 2? 颜料的用途 　　颜料的应用在表面涂装中，有许多的用法，便有装饰或官能作用，或二者都有。例如在油漆中，颜料不?是提供颜色，而且对油漆薄膜本身的曝露耐久性，有显著贡献。其它的官能作用，包括有遮盖(hiding power)和高的看见度(visibility)，如同日光下的萤光颜料所给予者。颜料产品更重要的和已建立的用途，包括有下列物质和配料的色。 (1) 内部、外表、商业用以及汽车的表面涂装配料(surfacecoating composition)色，包括有树脂(油料)漆，乳化剂漆，以及喷漆(lacquer) ，还有天然皮革和人造皮革的整理(finish)，胶画颜料(distemper)，以及加灰色(limecolor)。 (2) 印刷油墨(Printingink)看色，有关转轮照相版印刷(rotogravure)，石版印刷(lithographic)和橡胶版印刷(flexographic) 系统的印刷油墨，包括金属版的油墨(食品罐头、油料罐头等)，以及纸箱印刷，壁纸，食品包装纸，和包装物料。还有衣?、蓬帐、订书布等的纺织品印刷油墨。 (3) 使用涂敷或打击槽染色法(beater dying)的纸张?色、橡胶、复写纸、皮鞋油、屋顶颗粒状材料(roofing granules)，混凝土和水泥、陶瓷品、肥料和种子(色分类colorcoding) 、化妆品、洗涤剂?蓝(bluing)，肥皂和清洁剂、沥青、模粉、合成树脂，以及蜡制品的看色。 (4) 纺织纤维的?色，应用整体颜料?色法(masspigmentation)，包括有Nylon(尼龙)、粘液人造丝(viscose),和醋酸纤维素等。 (5) 塑料类(Plastics)的?色，包括聚氯乙烯布，和塑料液的顶面涂装(Plastisol top coatings)，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯?一丁二烯一苯乙烯聚合物等。 (6) 艺术用科(artist‘s material)的?色，包括油料、粉画笔(crayons)、粉笔、有色铅笔、塑模土等等。常用的艺术用颜料，包括各种有机和无机颜料。 五、颜 色 性 质 Pigment properties 　 1. 强度 Strength 　　一种有色颜料的强度或看色值或?看色强度(tinting value)，是决定颜料用途的主要因子。一种颜料生来而有的强度，是为他们的光吸收性质所控制，这种光吸收性质是和他们的分子和结晶结构有关。在实际的应用上，很难得到一种颜料天生就有的合适性质，但当考虑到他们的颗粒大小、曝露的表面积，可以得到协调性质，可是后面提到的性质，又为他们的分散度(degree of dispersion)、堆积度(degree of aggregation)和结块情形(flocculation)等所控制。在一种涂料担体系统中的颜料强度，也可以用颜料看色系统中的其它组成份，如果他们是吸收或散射光线的，用他们光学特性来决定。 　　为了得到最大的实际强度，同时发展出他们的完全?看色性质，一种干颜料，通常需要使用功力(work) ，即用磨擦方法(attrition) ，去粉碎干的颜料积块，同时用涂料担体，使颜料得到最大的润湿度，能充份的散布在涂料担体中。 2. 明亮度 Intensity 　　一种有色颜料的明亮度，是衡量色质的鲜亮情形(brightness)或色质的清洁程度，也就是色质暗淡的反面。颜色的暗淡情形，可以认为颜色中灰色或黑色组分量的表示。 　　一般而论，一种颜料，特别有机颜料具有一种分子结构，含有两个或更多的看色团(chromophores)的，通常是比具有单一看色团的要来得少明亮一点。一种有色颜料他们反射可见光线有此较广范围波长的，或在几个波长光带中有反射的，比起相似的有色颜色，?在狭小波长范围内，或?在一个单一光带中反射的，要可能少明亮些。一种配合混合颜料的明亮度，是因为混合组成的各种不同颜料，他们的选择性吸收，而有显著的变动。同时这种情形，显著的控制看肉眼所见的颜色亮度。 　　一种比较明亮度为大的颜料颜色，在颜色配料中给出较为大的清晰度(clarit的和弹性度(flexibility)，同时他们的应用，常提供重要的经济优点。 3. 牢固度(耐光度，耐旋光性)(Fastness) 　　一种有色颜料的牢固度，是关系?颜料生来而有的能力，当掺和在颜料色配合系统中，不论在进行配合时，和在配合进入系统后，以及整个系统的最终用途上，能承受的化学性和物理性各项因素影响。所以颜料的牢固度，是指一种颜料的性质，不论是单独的，或作为一种颜料看色系统组份时，当曝露在光线下，在各种气候时，对热、对溶剂、或对化学品，可以保持他们的最初颜色的能力。在理想状况，一种颜料必须是化学不活泼的，虽然有几种合成有机颜料，表现有这种完全性质，如同碳黑的差不多近乎有这样性质。 　　颜料的牢固度需要，因为颜料液体担体(vehicle)，在引进了广泛的各种不同合成媒剂，包括各种树脂、塑料、纤维、喷漆(lacquers)、瓷漆(或磁漆)(enamels)、印刷油墨担体(Printing ink vehicles)、弹性体(elastomers)、模塑树脂(molding resins)等，变成多方面要求更为严格。在应用增?剂、老化剂(curingagent)，更有效的溶剂，以及更高的操作温度和老化温度，使许多颜料，在老式的油剂树脂系统(oleoresinous system)中可以接受的，在新的系统中变成不能用。 　　当颜料的主要用途，是配制装饰用和保护用的油漆时，颜料的耐久性(durability)，仍是最为重要。所谓耐久性是指颜料可以承受从"气候"陪生而来的各种化学和物理因素的并合作用，包括有光线、温度、水份、气体、工业废弃物等等。总结来说，整个颜料?色系统，必需要符合耐久性的需要，因为系统中每一个组份都操有一份功能，同时彼此可能有交互反应或对销了。例如在颜料?色系统中，颜料本身可能对薄膜变质衰败(deterioratn)负责，或是剂料担体可能负有责任，促使颜料变质衰败。某一种颜料在一种系统中，可以成为对光牢固的颜料，但在另一种系统中，则完全失败。 　　所以一般而论，一种颜料在某些系统中称为对光非常耐固的，并不可能希望在另外系统中可以同样的牢固耐久。 　　定量的表示一种颜料的对光牢固度，是很困难的，因为在不同情形下，有不同的对光牢固度的操作性能，包括剂料担体的化学性质，是否存在有其它种颜料和扩展剂，曝露的不同情况，以及曝露部份的颜料浓度。所以对于对光牢固度并没有一般共同接受的数字标准，也没有进行这种试验的标准状况，每个制造商都用他们自己的方法，标示他们产品的对光牢固度。因为这个原故，各个制造商所标示的产品对光牢固度，有时?有定性的相符。 　　对牢固性的另一方面日趋重要的性质，是对热的安定度(heatstability)。 这性质可以因为应用温度那一瞬间的化学或物理因素而受影响，如同在颜料渗加剂料担体时所有的温度，如同制造氯乙烯布的；在塑料压挤时的高温度；在汽车和工业最后加工的烤烘时的高温度。高温情况在另一方面，也可以在?色物品的使用状况时遇见。一种颜料颜色由生产俱来的对热不安定，可能是因为他们化学分解，也可能因为颜料和剂料担体，或色系统中其它组成份，因为热的关系，而产生化学交互反应的后果。 　　热和颜色的不安定，也可以因为熔解(melting)、升华(sublimation)、晶形变化(change in crystalform)，或作为温度的变量，颜料在剂料担体中有不同的溶解度，如果溶解的颜色度和这颗粒状散布浮悬的固体颜色，在颜色强度上有不同的。在这些情形下，一个有色塑料产品的角质，将随塑料的压挤温度不同而有变化。 　　颜料的牢固性，也包括有颜料对渗出的抵抗性(esistance to bleed)，这性质依颜料在剂料担体中的本身溶解度，存在的增韧剂，以及遭遇溶剂的不同而变化。渗出现象(bleed)可以在颜料渗和时发生，或者色系统使用时，如同在一敷涂作业时，或在这系统的最终用途上发生。颜料的溶解度可以明显的看出，当颜料从一种?色表面移转或迁移到另一表面，如同?色的氯乙烯布彼此压紧，或是一种油漆薄膜是加涂在另一种颜色的薄膜上。 　　溶剂、增?剂，以及剂料担体为颜料可能遭遇?的，包括有醇类(alcohols)、芳香基和直链的碳氢化合物(包括直链?界在内)、酮类(ketones) 、醚醇类(etheralcohols)、酸类(acids)(如同十八稀酸(oleicacid)、肥皂配方(soapformulations)，硝酸纤维素(cellulose nitrate)(硝化纤维)，以及丙烯喷漆(acrylic lacquers)、亚麻仁油(linseed oil) ，和一大群约合成树脂。 　　对化学品牢固度(esistance to chemical)是关于颜料在一种?色剂料担体中的抵抗力，主要对如同酸或碱或硫化氢那类空气污染。用肥皂、清洁剂，或漂白剂清洁有色涂装需要有这种抵抗力。特别的用途，例如游泳池用油漆，需要对碱性过氯酸物(alkaline hypochlorite)有抵抗力。 4. 散布度或散布能力 　　一种颜料的散布度是一种度量，如何的便在一种剂料担体系统中，发展出颜料的所有?色潜能(tinctional potential) 。一种颜料颜色的实际商业用途，包括他们用途的经济情形，是非常的受他们颗粒大小(Particlesize)、结晶状况(crystallinity)、润湿能力(wettability)、结球情形(agglomeration)、堆紧情形(aggregation)、成块潜能(potential to flocculate)，表面性质(surface properties)，以及一般适应能力(compatibility)的影响，这些情形都实质上影响看散布度。对于某一特定颜料，他们的扩散度将从一种剂料担体变到另一种剂料担体，如果润湿、成块等那些情形，是和颜料及剂料担体的交互作用有关的。颜料的性状如同堆紧性质，如果太严重，可以使颜料在任何系统中变成无用，除非有外加物理功能破碎这些堆紧情形。那堆聚情形是由于颜料各别小粒间具有强有力的吸引造成。当颗粒的大小变小了，那吸引在大部份情形下会增强。堆紧情形也可能由于溶剂作用，以及在颜料制造干燥过程中结晶的情形，使颜料颗粒间形成有物理性的桥连。 　　对于一个颜料用户，想获得最大的表面积，和颜料?色系统的均匀性，扩散度是极度的重要，因为这些结果使应用者，在某些系统中在若干用途上得到对每单位重量的颜料得最大的经济价值，和改进品质，如同亮度(gloss)和透明度(transparency)。 　　所谓颜料的"结构"(texture)，通常用来指示颜料扩散容易程度，二种有硬结构(hardtexture)的颜料，对用户来说，需要化更大的力量，更多的费用，使达到可以接受的扩散程度。颜料制造商目前有许多的技巧，提供具有好结构的颜料，以及在大部份的剂料担体系统中有适应能力。这些方法包括有应用特殊扩展剂(extenders)，表面活化剂(surface-active agents)，以及其它等等。不幸的，常常可能发生在颜料中引进了一种有用性质，而同时又牺牲了另一种性质。例如在汽车漆中，为了达到透明度，主要算发展出小颗粒，但那小颗粒又产生了大的堆紧情况，形成结构和扩散问题，所以在性质方面，必需要能彼此协调折衷。