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任何可以使物質(zhì)顯現(xiàn)設(shè)計(jì)需要顏色的物質(zhì)都稱為著色劑，可以是有機(jī)或無(wú)機(jī)，也可以是天然合成的。人類最早使用的著色劑是紅色的赤鐵礦(Fe2O3)和黑色的磁鐵礦(Fe3O4)等礦物質(zhì)，這些五顏六色的石塊很容易從自然界取得，不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜處理。我國(guó)古代主要礦物顏料包括赤鐵礦、朱砂、石黃、空青、石青、胡粉、蜃灰、炭黑等；古埃及人早在公元前5 000年就利用植物動(dòng)物礦物中有色物質(zhì)來(lái)染色；1704年，一位德國(guó)的顏料制造商Diesbach在制造紅色染料時(shí)，由于他當(dāng)時(shí)已經(jīng)用光了本該作為原材料的純凈的碳酸鉀，便只能用混了動(dòng)物油雜質(zhì)的碳酸鉀作為替代，然而這樣一來(lái)，本該得到的紅色卻意外地變成了紫色和藍(lán)色，這便是世界上第一種化學(xué)合成顏料，開啟了現(xiàn)代著色劑的時(shí)代。而涂料中所使用到的著色劑僅僅占世界染料顏料品種的很少部分，并且隨著水性涂料的快速發(fā)展，如何尋找和制備更多適合水性體系的著色劑是涂料顏色開發(fā)者需要奮斗的方向。
任何可以使物質(zhì)顯現(xiàn)設(shè)計(jì)需要顏色的物質(zhì)都稱為著色劑，可以是有機(jī)或無(wú)機(jī)，也可以是天然合成的。人類最早使用的著色劑是紅色的赤鐵礦(Fe2O3)和黑色的磁鐵礦(Fe3O4)等礦物質(zhì)，這些五顏六色的石塊很容易從自然界取得，不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜處理。我國(guó)古代主要礦物顏料包括赤鐵礦、朱砂、石黃、空青、石青、胡粉、蜃灰、炭黑等；古埃及人早在公元前5 000年就利用植物動(dòng)物礦物中有色物質(zhì)來(lái)染色；1704年，一位德國(guó)的顏料制造商Diesbach在制造紅色染料時(shí)，由于他當(dāng)時(shí)已經(jīng)用光了本該作為原材料的純凈的碳酸鉀，便只能用混了動(dòng)物油雜質(zhì)的碳酸鉀作為替代，然而這樣一來(lái)，本該得到的紅色卻意外地變成了紫色和藍(lán)色，這便是世界上第一種化學(xué)合成顏料，開啟了現(xiàn)代著色劑的時(shí)代。而涂料中所使用到的著色劑僅僅占世界染料顏料品種的很少部分，并且隨著水性涂料的快速發(fā)展，如何尋找和制備更多適合水性體系的著色劑是涂料顏色開發(fā)者需要奮斗的方向。
1.1 水性色精
1.1.1 色精的介紹及分類
在涂料中，通常將染料的濃縮液體稱為色精，在這類色精中又以金屬絡(luò)合染料的應(yīng)用最為廣泛和成熟。金屬絡(luò)合染料是一種以偶氮結(jié)構(gòu)為主，通過(guò)母體染料與金屬原子絡(luò)合而成的染料。
應(yīng)用于涂料的金屬絡(luò)合染料一般分為三大類。第一類，也是目前用于木器涂料最廣的一類，簡(jiǎn)單型溶于有機(jī)溶劑的金屬絡(luò)合染料，這一類金屬絡(luò)合染料有色組分以陰離子存在，所以一般其在極性較低的溶劑中溶解度較小，極性較高的溶劑中溶解度較大，如BASF公司的麗色寶系列就是這一類；第二類，屬于母體染料中含有—SO3H等水溶的基團(tuán)通過(guò)與金屬絡(luò)合形成的絡(luò)合染料，這一類的金屬絡(luò)合染料可以溶于水，不可以溶于有機(jī)溶劑；第三類，屬于通過(guò)季銨鹽改性的金屬絡(luò)合染料，有色組分可以看作是有機(jī)酸根，當(dāng)加入季銨鹽后，Na+、NH4+等無(wú)機(jī)離子發(fā)生取代反應(yīng)，絡(luò)合染料陰離子與季銨鹽陽(yáng)離子結(jié)合后形成解離度較小的化合物，降低其極性，增大在溶劑中的溶解度。
目前涂料用色精采用不同種類染料制備按用途分為三大類。第一類是油性色精，一般多采用DMF、丙酮、丁酮、環(huán)己酮等極性有機(jī)溶劑作為溶劑，用在溶劑型涂料體系中；第二類是水油兩用色精，一般采用親水性醇醚類溶劑作為溶劑，由于整個(gè)體系表現(xiàn)出親水又親油特性，可用于溶劑型涂料和水性涂料中，也是目前水性體系使用最理想的色精類型；第三類是純水性色精，多采用酸性染料或含有—SO3H等水溶基團(tuán)的金屬絡(luò)合染料溶解于水中來(lái)制備。
1.1.2 金屬絡(luò)合水性色精
金屬絡(luò)合染料可通過(guò)溶解于環(huán)保醇醚類溶劑中來(lái)制備水油兩用的金屬絡(luò)合水性色精，這類色精也是目前使用最廣泛的一種，由于穩(wěn)定的金屬絡(luò)合染料保證了優(yōu)異的耐性，在涂裝產(chǎn)品的顏色穩(wěn)定性方面得到了一定的保障。同時(shí)金屬絡(luò)合水性色精的親水親油的特性也提高了其通用性和寬泛性，更加便于水性涂料研發(fā)和應(yīng)用工作者開發(fā)和使用。
1.2 水性透明色漿
1.2.1 水性透明氧化鐵色漿
水性透明氧化鐵色漿是通過(guò)使用分散劑和水來(lái)將超細(xì)氧化鐵顏料進(jìn)行分散研磨制備得到色漿，其具備一定的透明，主要是由于超細(xì)氧化鐵α-FeOOH是一種粒徑小于100 nm的顏料[2]。由于粒徑小，可見光在傳播的過(guò)程中繞過(guò)這些微小的顆粒，這種衍射現(xiàn)象使得用該顏料制得的色漿達(dá)到透明的效果。
1.2.2 水性透明有機(jī)色漿
水性透明有機(jī)色漿又稱為超分散水性透明色漿，將有機(jī)顏料如顏料黃PY83、顏料黃PY110、顏料紅PR146、顏料紅PR256、炭黑等通過(guò)特殊工藝分散研磨到顏料微粒之間距離小于100 nm，此時(shí)同樣可使制備得到的色漿達(dá)到透明效果。
1.3 水性實(shí)色色漿
1.3.1 水性實(shí)色色漿簡(jiǎn)介
水性實(shí)色色漿是通過(guò)水和帶有錨定基團(tuán)的分散劑通過(guò)分散研磨而制得的顏料濃縮漿，一般這種無(wú)樹脂型的色漿顏料濃度高、著色力強(qiáng)、展色性能佳、相容性好、具有觸變流動(dòng)性，一般不引起浮色和發(fā)花。
1.3.2 水性實(shí)色色漿分類
目前水性實(shí)色色漿按顏料種類可分為無(wú)機(jī)色漿和有機(jī)色漿，無(wú)機(jī)色漿主要由鈦白、鐵紅、鐵黃、群青、鐵黑、炭黑等組成，有機(jī)色漿主要由有機(jī)紅、有機(jī)黃、酞菁藍(lán)、酞菁綠等組成。按色漿體系可以分為無(wú)樹脂色漿和有樹脂色漿，無(wú)樹脂體系的色漿具有高濃度、相容性廣的特性，分散劑選擇得好可以有效避免浮色發(fā)花。有樹脂體系的色漿色濃度相對(duì)較低些，涂料相容性窄些，但研磨得好具有更高的光澤。
2 水性木器涂料著色劑的性能表征及其應(yīng)用
2.1 水性木器涂料涂裝中著色劑的應(yīng)用
2.1.1 水性色精在木器涂裝中的應(yīng)用
水性色精在美式涂裝中的應(yīng)用主要在兩個(gè)方面：一個(gè)是調(diào)整基材的顏色，一個(gè)是面修色。其中基材顏色的調(diào)整是通過(guò)將水性色精用酒精開稀或配制的快干底修色主劑來(lái)使用，通過(guò)色精染料均勻滲透到基材表層來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)木材基層顏色的調(diào)整。面修色是通過(guò)將水性色精加到含有少量樹脂的酒精修色主劑中來(lái)對(duì)做完底漆的工件顏色調(diào)整；或者通過(guò)將水性色精加到調(diào)制的滲色主劑中刷涂在底漆上20～30min后收干，染料分子均勻滲透到底漆中來(lái)調(diào)整工件顏色。
水性色精在木器涂裝中除了以上兩方面應(yīng)用，對(duì)于工件要求不高、工藝簡(jiǎn)單的，還可以將水性色精加到底漆或面漆中來(lái)調(diào)整顏色。仿古涂裝中水性色精也可以加入到格麗斯中進(jìn)行擦色使用，同樣可以達(dá)到既調(diào)整底色又凸顯木紋的效果，但是只適用于涂裝歷程不長(zhǎng)的工件，如果遇到需要很長(zhǎng)的板材擦涂格麗斯的時(shí)候，由于染料的滲透能力過(guò)強(qiáng)以及擦涂格麗斯時(shí)間不同，而導(dǎo)致格麗斯停留時(shí)間長(zhǎng)的地方會(huì)深，格麗斯停留時(shí)間短的地方會(huì)淺，整個(gè)板材顯現(xiàn)不均勻。所以色精用在仿古格麗斯中一般適合不太大的工件。
水性色精也適合同色漿進(jìn)行搭配使用，前提是水性色精與水性色漿在格麗斯主劑中相容性要好，當(dāng)使用色精和色漿搭配在底擦色基料里，擦涂在基材上后，染料的滲透作用調(diào)整了基材的顏色，不具備滲透力的顏料填充加深了木紋，這樣也簡(jiǎn)化了涂裝工藝，當(dāng)然擦色基料的調(diào)整必須達(dá)到減少起毛刺。
2.1.2 水性透明色漿在木器涂裝中的應(yīng)用
用在木器涂裝的水性透明色漿目前有透明氧化鐵色漿和透明有機(jī)色漿兩大類，透明氧化鐵色漿為無(wú)樹脂體系，透明有機(jī)色漿是有樹脂體系。在木器涂裝中兩者都可以用在格麗斯體系中，其中透明氧化鐵色漿調(diào)配的格麗斯顏色較暗，適合更加暗淡的仿古，當(dāng)利用透明氧化鐵色漿做仿古效果時(shí)，如果需要相對(duì)提高鮮艷度就需要利用水性色精來(lái)調(diào)整顏色。透明有機(jī)色漿通過(guò)使用有機(jī)顏料以樹脂作為連結(jié)料制備而來(lái)，擁有透明氧化鐵不能達(dá)到的鮮艷度以及光澤度，同時(shí)由于顏料粒徑較小具有一定的滲透作用，所以使用在格麗斯中既可以達(dá)到調(diào)整底材顏色又可以同時(shí)填充加深木紋的目的。
筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將等量水性色精、水性氧化鐵色漿、透明有機(jī)色漿加到等量格麗斯主劑中擦色發(fā)現(xiàn)，著色濃度最高的是色精，其次是透明有機(jī)色漿，透明氧化鐵色漿最暗淡。木紋凸顯最清晰的是高透有機(jī)色漿，其次是透明氧化鐵色漿，色精不能夠很清晰地填充和凸顯木紋。
2.1.3 水性實(shí)色色漿在木器涂裝中的應(yīng)用
實(shí)色色漿在木器涂裝的用途比較廣泛，需要做遮蓋顏色的時(shí)候都會(huì)需要用到各種顏色的實(shí)色色漿。比如在有色膩?zhàn)雍陀猩抑�，選擇氧化鐵系可以使膩?zhàn)踊蛩覔碛懈咝詢r(jià)比。還有前文提到的擦涂底修色產(chǎn)品，可以使用色漿和色精搭配到修色基料中，也可以選擇氧化鐵系列和水性色精搭配使用。
2.2 應(yīng)用于水性木器涂料涂裝中著色劑的性能表征
2.2.1 水性色精在木器涂裝中性能表征
水性色精應(yīng)用到水性木器涂裝中主要考慮色精的以下性能特征：
2.2.1.1 水性色精的貯存穩(wěn)定性
水性色精制備對(duì)溶劑的選擇比較重要，選擇好的溶劑是水性色精貯存穩(wěn)定性的關(guān)鍵。貯存穩(wěn)定性好的水性色精，原液長(zhǎng)時(shí)間貯存都不會(huì)出現(xiàn)硬沉淀。同時(shí)水性色精原液黏度是會(huì)隨環(huán)境溫度而有一定變化的，由于溶劑的原因，-10 ℃不會(huì)結(jié)晶，只會(huì)黏度增大但在可使用范圍，溫度升高黏度復(fù)原，所以可適用于北方寒冷環(huán)境。
2.2.1.2 水性色精對(duì)紫外線的耐性
由于水性色精使用金屬絡(luò)合染料進(jìn)行制備，金屬絡(luò)合染料相對(duì)于其他染料具有優(yōu)異的耐性，特別是對(duì)紫外線的耐性，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，正常UV機(jī)10次通過(guò)和4 min長(zhǎng)時(shí)間照射，金屬絡(luò)合水性色精顏色只有很輕微的變化。
2.2.1.3 水性色精的耐溫性
在金屬絡(luò)合染料中，大紅、黃、黑對(duì)溫度的耐性相對(duì)較高，180 ℃烘烤30 min基本不變色，綠色和藍(lán)色對(duì)溫度耐性相對(duì)差些，140 ℃、0.5 h已有輕微變色，所以對(duì)于水性玻璃烤漆就不太適合。
2.2.1.4 水性色精的干燥速度
根據(jù)水性色精的干燥速度不同選擇合適水性體系的，比如在修色金油(面修色主劑)體系中，水性色精如果干燥慢或不干，需要加大樹脂或乳液的含量來(lái)提高成膜后涂膜中樹脂對(duì)色精的包裹，防止未干透或不干的色精在噴涂水性面漆的時(shí)候往上再溶解遷移而導(dǎo)致發(fā)花、縮油、咬底等現(xiàn)象，同時(shí)需要工藝上充分對(duì)修色后的涂膜干燥。如果水性色精相對(duì)干燥快一些可選擇樹脂相對(duì)少一些的體系，以達(dá)到快速修色和快速噴涂面漆的目的。
2.2.1.5 水性色精的環(huán)保性
水性色精環(huán)保性主要由溶劑和金屬絡(luò)合染料來(lái)決定，溶劑選擇高檔環(huán)保溶劑，避免甲醇等毒性溶劑。其次所使用的金屬絡(luò)合染料的重金屬要滿足EN17-3的要求。
2.2.2 水性透明色漿在木器涂裝中的性能表征
水性透明色漿應(yīng)用到水性木器涂裝中主要考慮其以下性能特征：
2.2.2.1 水性透明色漿的透明性
水性透明色漿的透明性是其特殊用途的前提保障，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有機(jī)透明色漿中，PR146、PR254、PY83、PY110顏料處理和研磨得好，其透明性與色精對(duì)比相差不太大，酞菁藍(lán)和酞菁綠與色精透明度相當(dāng)。透明氧化鐵的透明度要差一些。
2.2.2.2 水性透明色漿的著色力
水性透明色漿在木器涂裝中使用的時(shí)候要考慮其著色力，比如同樣的透明氧化鐵色漿和透明有機(jī)色漿加到格麗斯中，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)10%的透明有機(jī)色漿添加量的著色力度就可以與20%透明氧化鐵色漿添加量的著色力度相當(dāng)。
2.2.2.3 水性透明色漿的相容性
無(wú)論是水性透明氧化鐵色漿還是水性有機(jī)透明色漿都是主要以水為分散介質(zhì)的體系，這種穩(wěn)定的均一相在與其他體系混合的時(shí)候需要考慮到混合之后的相是否重新平衡，比如透明色漿加入到大量的酒精中后，酒精會(huì)破壞透明色漿的體系，顏料粒子聚集沉降。所以將透明色漿加入到修色體系中的時(shí)候要考慮其相容性。
2.2.2.4 水性透明色漿的耐候性
無(wú)論是透明氧化鐵還是透明有機(jī)色漿，由于采用顏料制備，其耐候性優(yōu)異，特別是有機(jī)透明色漿中的PR254紅、PY110黃色，可以用于水性UV涂料中。
2.2.3 水性實(shí)色色漿在木器涂裝中的性能表征
水性實(shí)色色漿應(yīng)用到木器涂裝中主要考慮以下性能特征：
2.2.3.1 水性實(shí)色色漿的貯存穩(wěn)定性
水性實(shí)色色漿的貯存穩(wěn)定性與研磨粒徑、體系黏度、助劑防沉性、顏料比重等因素有關(guān)。無(wú)機(jī)系列比重較大，分散劑的選擇和體系黏度調(diào)整比較重要，防沉效果不好的色漿長(zhǎng)時(shí)間會(huì)出現(xiàn)硬沉降，不便于使用。
2.2.3.2 水性色漿的pH值
無(wú)樹脂體系的水性色漿的pH值應(yīng)該調(diào)整到9左右比較好，首先便于水性色漿的貯存，偏堿性的環(huán)境中細(xì)菌難以滋生。
2.2.3.3 水性實(shí)色色漿與水性涂料的相容性
相容性好的水性色漿，顏色調(diào)整好的水性涂料貯存過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)顏色的變化。浮色有兩種情況：
親水親油或表面張力不平衡引起的罐內(nèi)靜態(tài)浮色，以及涂膜干燥中由于顏料粒子運(yùn)動(dòng)差異引起的涂膜動(dòng)態(tài)浮色。漆罐內(nèi)靜態(tài)浮色是色漆分散均勻，放置一段時(shí)間，漆罐中出現(xiàn)一種或多種顏料分離出來(lái)浮現(xiàn)到表面的現(xiàn)象。產(chǎn)生靜態(tài)浮色的原因是調(diào)色的基礎(chǔ)漆與色漿的親水親油不平衡，或者表面張力不平衡造成的，潤(rùn)濕分散劑調(diào)整體系的親水親油或表面張力平衡效果最好，用量最少，對(duì)涂料性能影響也最小，不同品牌的色漿制備過(guò)程中使用不同類型的潤(rùn)濕分散劑，應(yīng)選用適宜的潤(rùn)濕分散劑來(lái)解決靜態(tài)浮色 。
3 水性工業(yè)涂料著色劑的性能表征及其應(yīng)用
3.1 水性工業(yè)涂料涂裝中著色劑的應(yīng)用
3.1.1 水性透明色漿在工業(yè)涂料涂裝中的應(yīng)用
水性透明色漿在工業(yè)涂料中主要應(yīng)用在汽車工業(yè)水性涂料和金屬或玻璃水性烤漆中，由于透明色漿所使用的顏料相比于染料擁有高耐溫耐候等特性，與鋁銀漿或珠光調(diào)配使用已獲得特殊效果。
3.1.2 水性實(shí)色色漿在工業(yè)涂料涂裝中的應(yīng)用
水性實(shí)色色漿在工業(yè)涂料涂裝中用途比較廣泛，主要包括汽車、鐵路車輛、橋梁管道、鋼結(jié)構(gòu)、集裝箱水性涂料等，其中主要以鐵紅、鐵黃、群青、酞菁藍(lán)、酞菁綠為主，顏色鮮艷的會(huì)用到PR253、PY110等有機(jī)顏料色漿。
3.2 應(yīng)用于水性工業(yè)涂料涂裝中著色劑的性能表征
3.2.1 水性透明色漿在工業(yè)涂料中的性能表征
相對(duì)于水性木器涂裝，除了一些共同特性以外，透明色漿在工業(yè)涂料中還需要具備以下特性：
3.2.1.1 水性透明色漿的鮮艷度
在水性工業(yè)涂裝中，透明有機(jī)色漿的顏色具有更高的鮮艷度，更加適合用于汽車涂料的對(duì)顏色的要求。
3.2.1.2 水性透明色漿的耐高溫性
在水性工業(yè)涂料涂裝中，無(wú)論是金屬基材還是玻璃、陶瓷等基材，都會(huì)涉及到高溫烘烤的工藝，既要達(dá)到透明效果，又要能夠耐高溫，染料是很難達(dá)到工藝要求的，特別是藍(lán)色，所以透明有機(jī)色漿提供了很好的解決方案。
3.2.2 水性實(shí)色色漿在工業(yè)涂料中的性能表征
水性實(shí)色色漿在工業(yè)涂料涂裝中除了木器涂裝的一些性能特征以外，最主要是耐候性的要求，工業(yè)涂料涂裝對(duì)耐候性要求相對(duì)較高些。對(duì)于戶外使用的工業(yè)設(shè)備表面涂裝使用的顏料相對(duì)耐候性好價(jià)格便宜的以氧化鐵系列為主，其次是酞菁藍(lán)、酞菁綠。
4 結(jié)語(yǔ)
目前水性木器涂料中著色劑主要還是以水性色精、水性透明色漿、水性實(shí)色色漿為主。隨著水性涂料的快速發(fā)展，越來(lái)越多的溶劑型涂料企業(yè)開始轉(zhuǎn)型水性涂料，我們涂料顏色工作者在開發(fā)和調(diào)整這些顏色產(chǎn)品的同時(shí)要配合市場(chǎng)和客戶需求，調(diào)整的產(chǎn)品要盡量滿足應(yīng)用的適用性。
