有機顏料概況及應(yīng)用性能★★★☆

引　言

在工業(yè)應(yīng)用中通常稱有機顏料為著色劑 ,通俗地稱它為一種不溶于水(難溶于水) 能和被著色的物質(zhì)充分分散及改變其吸收光譜而顯示出顏色的一種有機物質(zhì)。

顏料通?？煞譃閮纱箢?有機顏料和無機顏料。其各自特征見表 1

表 1 　有機顏料與無機顏料特性

項目

類別

有機顏料

無機顏料

化學(xué)組分

有機化合物

無機化合物

應(yīng)用性能

色光鮮艷 ,著色強度高 ,透明度好，化學(xué)穩(wěn)定性好

色光鮮艷度差 ,著色強度低 ,遮蓋力好，物理性能好

品種色譜

色譜齊全 ,品種繁多

色譜不全 ,品種較少

毒性程度

毒性較小

多數(shù)毒性較大(如鉛鉻黃、紅丹)

工藝、價位

工藝復(fù)雜、價格高

工藝簡單、價格低

由于無機顏料價格便宜 ,遮蓋力高 ,因此在涂料工業(yè)中應(yīng)用占有較大比例。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展 ,人們生活水平的提高 ,有機顏料在涂料工業(yè)中應(yīng)用比例不斷上升 ,近年來隨著我國涂料工業(yè)迅速發(fā)展 ,新型涂料不斷研制開發(fā) ,高檔涂料品種占有的比例增幅較大 ,對有機顏料的需求增長迅速 ,并且對有機顏料的品種和性能提出了更多、更高的要求。這也給顏料工業(yè)發(fā)展提供了良好的機遇。有機顏料制造廠商有責(zé)任進行密切配合跟上涂料工業(yè)的發(fā)展需要 ,研制生產(chǎn)符合涂料產(chǎn)品需要的有機顏料。

1 有機顏料的分類及發(fā)展概況

有機顏料的色譜品種繁多 ,有以下幾種不同的分類方法。

(1) 按其色譜可分為:黃橙色顏料 ,紅色（帶黃、綠) 顏料 ,紫、棕色顏料和綠色顏料.

(2) 按照其應(yīng)用領(lǐng)域可分為:涂料用顏料、油墨用顏料、塑料（橡膠）用顏料、化妝品用顏料 4 大類。

(3) 按其化學(xué)結(jié)構(gòu)類型進行分類 ,可分為：偶氮類、酞菁類和雜環(huán)類 3 大類。

1.1 　偶氮類顏料

偶氮類顏料是顏料分子結(jié)構(gòu)中含有“ —N N —”形式的顏料品種。該類品種結(jié)構(gòu)最多,產(chǎn)量最大,色譜豐富,主要為黃、橙、紅品種,依其結(jié)構(gòu)又可分為4類。

(1) 不溶性單偶氮顏料。顏料分子結(jié)構(gòu)中只含有1個偶氮基團( R—N=N—R’)該類顏料不溶于水 ,其耐酸、耐堿、耐滲水性能優(yōu)良 ,耐光性能尚可 ,但耐熱、耐溶劑性能稍差。代表性品種有耐曬黃 G （漢沙黃G） P. Y.1、耐曬黃 10G ( 漢沙黃 10G )P. Y. 3、永固橙 RN P.O.5、甲苯***紅 P. R.3、永固紅 F4R P. R.8、甲苯***紫紅 P. R.13。但也有一些耐光、耐熱、耐溶劑性能比較好的屬中高檔顏料的品種如:永固紅FRR P. R. 2;永固紅 FGR P. R. 112;永固桃紅 FBBP. R.146;永固紅 F3RK P. R.170 等品種。

(2) 不溶性雙偶氮顏料。顏料分子結(jié)構(gòu)中含有2個偶氮基團 ( R’—N=N—R—N=N—R” )。由于顏料結(jié)構(gòu)相對分子質(zhì)量增大 ,顏料的性能提高 ,該類品種的耐熱、耐溶劑性能都比較優(yōu)良 ,且著色濃度高典型的品種有:聯(lián)苯***黃 G P. Y. 12;永固黃 GR P.Y.13;永固黃 G P. Y.14;永固黃 HR P. Y.83;永固桔黃 G P.O.13;永固橙 F2G P.O.34。

(3)偶氮色淀顏料難溶性偶氮顏料。該類顏料在制造過程中經(jīng)過金屬鹽色淀而成。該類顏料色光鮮艷 ,因色淀而成所以其耐滲水性較差 ,而耐熱性能耐溶劑性良好 ,由于其耐光性能不優(yōu)異 ,因而較少用于耐候性要求高的涂料中。代表性品種主要有 P. R.49 立索爾大紅;鋇鹽色淀;P. R. 48 耐曬紅(2B 系紅系列品種) 有:耐曬大紅 BBN 鋇鹽色淀黃光大紅 PR.48∶1;耐曬艷紅BBC鈣鹽色淀藍光紅 P. R.48∶2耐曬紅BBS鍶鹽色淀大紅色光 P. R.48∶3;耐曬深紅BBM 錳鹽色淀 P. R.48∶4;金光紅 C,黃光大紅 P. R.53 鋇鹽色淀;立索寶紅BK 洋紅 4B P. R.57 ,藍光紅鈣紫色淀;耐曬艷紅 S2BL 鋇鹽色淀黃光大紅 P. R.243 ,該品種耐熱性可達到 210 ℃。

（4）縮合偶氮顏料（大分子顏料）。由于其顏料相對分子質(zhì)量比普通偶氮顏料大 ,且分子結(jié)構(gòu)中都帶有2 個或 2 個以上酰***基團 ,因此對顏料的各項物理性能有較好的改進。耐光性達到 7 級 ,并具有優(yōu)異的耐熱性和耐溶劑性 ,屬高檔顏料品種.可用于牢度性能要求高的涂料品種:如大分子黃 GRL P. Y.166;大分子紅 R P. R. 166;大分子紅 BR P. R. 144;大分子棕5R P.Br.23。

1.2 　酞菁系顏料

該系以銅酞菁 CuPc 為主要品種。其化學(xué)結(jié)構(gòu)是由 4 個異吲哚環(huán)組成一個封閉的十六元環(huán)狀化合物 ,中心為銅原子組成。主要品種有:酞菁藍B P.B.15;酞菁藍BS P.B.15∶1;酞菁藍BSR P.B.15∶2;酞菁藍BGS P.B.15∶3;酞菁藍 GLNF P.B.15∶4;酞菁綠 GP. G.7;酞菁綠3Y P. G.86。該類顏料具有優(yōu)異的耐光、耐熱、耐酸、耐堿等性能 ,且著色力高 ,是涂料工業(yè)理想的藍系有機顏料品種。

1.3 　苯并咪唑***系顏料

顏料結(jié) 構(gòu) 中含有苯并咪唑 *** 結(jié) 構(gòu)

而將此系列黃、橙、紅、棕品種稱作苯并咪唑***顏料。由于生產(chǎn)工藝也需重氮偶合反應(yīng)步驟 ,有些資料也將此列為偶氮顏料類。苯并咪唑***系顏料由于其獨特的結(jié)構(gòu)及顏料分子間氫鍵的存在 ,而成為耐光、耐熱、耐溶劑均優(yōu)異的高檔顏料品種 ,耐光牢度可達7～8 級 ,耐熱性超過250 ℃。品種有:永固黃 HCR P. Y. 156;永固紅 HR P. R. 171;永固棕 HFRP.Bro.25。

1.4 　雜環(huán)***類顏料

雜環(huán)***結(jié)構(gòu) 主要代表結(jié)構(gòu)有以下幾種:

（1）喹吖啶***類結(jié)構(gòu)

品種有喹吖啶***紅 1171 ,1170 ,1102 ,P. R. 122（俗稱酞菁紅）;

喹吖啶***紫 BH101 ,BH201、400 ,P. V. 19 （俗稱酞菁紫）

(2) 二噁嗪類顏料結(jié)構(gòu):

代表性品種有:永固紫 RL P.V.23。

（3）異吲哚啉***顏料結(jié)構(gòu):

代表品種有:lrgazine yellow 3RLT. P. Y.110（汽巴公司）

（4）苝系顏料結(jié)構(gòu):

主要品種有: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***類顏料結(jié)構(gòu):

汽巴公司代表品種有:lrgazin DPP. Red Boc.BPP. R.254 （耐熱可達 400～420 ℃）

lrgazin DPP. Scarlet EK. P. R. 255 ( 耐熱可達500 ℃)

以上顏料各項物理性能指標優(yōu)異 ,耐光、耐氣候牢度、耐熱、耐溶劑性等各項性能均佳 ,是高檔涂料首選的高級顏料品種 ,美中不足的是目前市場進口價格比較昂貴。隨著國內(nèi)顏料廠商產(chǎn)品不斷投放市場 ,價格會逐漸下降 ,逐漸被涂料工業(yè)廣泛應(yīng)用。

2 國內(nèi)外有機顏料生產(chǎn)概況

全世界顏料產(chǎn)品1992年約為380～400萬噸 ,其中無機顏料占90%左右 ,主要有鈦白粉( TiO2) 270萬噸、炭黑22萬噸,其他無機顏料71萬噸 ,有機顏料為25～30萬噸(1960 年僅為7萬噸 ,1971年17萬噸,1980年27.5萬噸) ,有機顏料每年增加速度約為6%。以1980年計算有機顏料人均占有量 ,世界人均為36.5g/人 ;美國 107 g/人 ,日本 105 g/人 ,中國僅為 6.6 g/人。這一數(shù)據(jù)為近10年我國有機顏料的發(fā)展提供了巨大動力。到 2002 年我國有機顏料人均占有量上升到 58.3 g/人。

全世界有機顏料生產(chǎn)廠家近400家 ,其中年產(chǎn)量超過5000t有15家 ,年產(chǎn)7000～10 000 t 的廠商有德國赫司特 ( Hoscht) 、巴斯夫 (BASF) ,瑞士汽巴嘉基(Ciba Geigy) ,美國杜邦(Du Pont) ,日本大日本油墨(DIC)、大日精化等著名公司 ,其總產(chǎn)量超過10萬噸 ,占世界有機顏料產(chǎn)量一半左右。

我國有機顏料的生產(chǎn)原主要集中在上海(染化一廠、十二廠)、天津(染化六廠、天津油墨廠)、北京 (北染) 和甘谷油墨廠。 20世紀70年代特別是“改革開放”以后我國有機顏料發(fā)展較快的地區(qū)有 :江蘇省(常州、鎮(zhèn)江、揚州、南通等地)、浙江省 (肖山、上虞、溫州)、山東省 (蓬萊、龍口、青島)及河北省 (衡水、琛縣等地) 。全國有機顏料產(chǎn)量也從1985年1萬噸左右發(fā)展至2003年的8萬噸左右的規(guī)模 ,發(fā)展速度驚人。與國外相比產(chǎn)量上升較快 ,但品種不齊全 ,質(zhì)量仍有差距 ,特別是一些高檔產(chǎn)品尤為突出。

我國染料工業(yè)中有機顏料的產(chǎn)量與染料品種的產(chǎn)量比為1∶10 ,較世界的產(chǎn)量比 1∶3仍有差距。因此 ,我國有機顏料工業(yè)仍需進一步加快發(fā)展步伐。國外一些著名顏料制造商也看準這一點 ,紛紛進入中國大陸市場 ,先后與國內(nèi)企業(yè)合資生產(chǎn)有機顏料的國外大公司 ,首先有德國巴斯夫與上海染化一廠合資成立上海巴斯夫公司 ,年產(chǎn)有機顏料7000 t ,目前 ,已成外方獨資企業(yè) ,產(chǎn)量在 12000 t 左右 ;繼而德國赫司特與天津染料化工八廠 (原天津染化六廠顏料部分) 合資成立了科萊恩 (天津) 公司 ,年產(chǎn)4000 t ;瑞士汽巴公司與青島染料廠合資成立青島汽巴顏料有限公司 ,年產(chǎn) 3000 t ,還有日本、美國等國著名顏料制造商擬與中國合資生產(chǎn)有機顏料。大有世界顏料生產(chǎn)重心由西方向東方轉(zhuǎn)移 ,東方移向中國之勢。

有機顏料用途廣泛 ,可應(yīng)用于印刷油墨、涂料、塑料、橡膠、(化纖) 紡織印花涂料色漿 ,文教紙張、蠟制品、化妝品等方面。從各行業(yè)應(yīng)用有機顏料情況來看 ,油墨工業(yè)占首位 ,依次為涂料和塑料、橡膠工業(yè)。

其比例如表 2 所示。

表 2 顯示涂料工業(yè)是有機顏料的主要對象 ,因此研制生產(chǎn)符合涂料工業(yè)著色要求的優(yōu)良品質(zhì)有機顏料是顏料生產(chǎn)商的重要任務(wù)之一。

3 涂料用有機顏料品種

有機顏料的應(yīng)用性能是全面評價產(chǎn)品質(zhì)量的綜合性指標。而顏料的物理化學(xué)性能指標不僅與顏料的應(yīng)用性能有著密切聯(lián)系 ,同時也與其應(yīng)用范圍 (即用途) 有著緊密關(guān)系。

通常由于著色對象不同而對顏料的性能有著特定要求。比如一個透明度好的顏料用在油墨中是比較理想的產(chǎn)品 ,而用于涂料中 (除透明涂料品種) 給予的評價為遮蓋力差而不受歡迎。又如耐溶劑性優(yōu)良而耐曬牢度一般的顏料產(chǎn)品在塑料中應(yīng)用不遷移 ,制品在室內(nèi)使用對日曬牢度沒有較高的要求 ,而制成的涂料需要在戶外或在汽車等方面涂刷 ,容易變色 ,耐曬牢度不符合要求而不能使用。因此評價某個顏料產(chǎn)品的應(yīng)用性能往往只能是針對被著色對象的要求而言。所以顏料工業(yè)對有機顏料建立的產(chǎn)品質(zhì)量指標 : ①顏料的色光 ; ②著色力( %) ; ③水分(105 ℃揮發(fā)物) ; ④ 水溶物 (水溶鹽) ; ⑤吸油量 ; ⑥細度 (目數(shù) :即通過一定目數(shù)的篩子殘余物 < 5 %為準) 。另外由于顏料用途廣泛 ,因此也對有機顏料產(chǎn)品的一些物理化學(xué)性能指標進行了測試。具體項目有 : ①耐光性(日曬牢度) ; ② 耐熱性 ; ③耐酸性 ; ④耐堿性 ; ⑤耐水性 (水滲性) ; ⑥ 耐油性 (油滲性) ; ⑦ 耐溶劑性 ; ⑧ 分散性 ; ⑨ 耐遷移性 ; ⑩ 遮蓋力 (反之為透明度) ;流動性;裝填容積。另外針對用戶的特殊需求還可提供顏料的重金屬離子含量及顏料的分散穩(wěn)定性能等的測試。以上有關(guān)顏料的理化數(shù)據(jù)可為應(yīng)用單位選用合適的顏料商品時提供參考和幫助。

當前國內(nèi)外有機顏料生產(chǎn)商均在顏料的晶型、顏料分子表面處理研究工作方面加強科技力量 ,增加資金投入 ,采用先進的工藝條件和新的表面處理活性劑對顏料的應(yīng)用性能進行改進提高。許多公司對同一結(jié)構(gòu)的顏料針對不同應(yīng)用對象能夠提供幾種、十幾種、甚至幾十種應(yīng)用性能優(yōu)異、用戶歡迎的不同牌號的商品顏料 (見表 3 、4) 。

表 3 相同顏料結(jié)構(gòu)擁有不同牌號的商品數(shù)量

表 4 相同顏料結(jié)構(gòu)不同牌號的商品及其特性和用途

由表 4 中可以看出 ,每個牌號顏料都應(yīng)有自己的特性和主要應(yīng)用范圍 ,有些產(chǎn)品不是在所有應(yīng)用范圍中都能獲得滿意的效果。另外價格成本也應(yīng)是加以考慮的主要因素。為此 ,用戶在選用顏料品種時應(yīng)了解該顏料的性能及特點 ,是否與自己產(chǎn)品要求及產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程的條件相符 ,這樣才能正確選擇理想的有機顏料品種。

對于涂料工業(yè)而言 ,由于品種類型繁多 ,對顏料的理化性能要求往往是各不相同。主要是顏料的色澤符合標準色光要求 ,著色力高 ,遮蓋力好 ,顏料顆粒細 ,分散性好等要求。對于某些高檔涂料 (汽車漆、粉末涂料) 品種而言 ,還須強調(diào)顏料耐曬性優(yōu)異 ,耐熱性好 ,耐溶劑性優(yōu)良 ,易分散等性能指標。表 5 為高檔涂料用有機顏料品種供參考。

表 5 適合高檔涂料用有機顏料品種

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