颜料的表面性质与应用体系的相容性

颜料作为着色剂而广泛应用于油墨、涂料、塑料等工业领域。在当今的信息全球化的时代，颜料行业的化学合成技术部分已经不是秘密，国内外大小颜料公司的化学合成技术能力大同小异，没有质的区别。选择适当的颜料表面处理方法以控制颜料晶型、粒经大小和粒经分布、颜料表面的极性或者颜料表面的化学性质是各公司颜料质量差异的关键。

当前国内颜料工业与下游油墨、涂料客户之间的沟通不足是阻碍颜料厂开发出适销对路产品的主要原因。颜料生产厂不了解油墨、涂料生产企业的生产工艺和配方要求，而油墨涂料厂商不清楚颜料生产工艺及所购颜料的表面性质。这种上下游客户之间的认知差异造成了颜料厂和油墨涂料厂商之间的供需矛盾。

更多地了解下游客户的配方要求和生产工艺要求是各颜料厂商新产品开发能否成功的关键因素。

2

油墨涂料生产工艺与分散剂

从油墨涂料的简易生产流程中我们知道，相对于颜料的生产工艺而言，油墨或涂料的生产工艺是非常简单的，甚至投资十几万元，三间瓦房就可以办一个简易的涂料生产厂了。当然，挤水换相（Flush）工艺或一搅散(Stir-in)颜料省去了上述的研磨分散工序。

研磨分散工序是油墨涂料质量控制和生产成本控制的关键步骤，所获得的色浆(Pigment

Concentrate)除了必须具有通常意义上的高着色力、遮盖力、透明度、光泽度、鲜艳度及高颜料含量(Pigment

loading)之外，单颜料色浆还必须具有优异的贮存稳定性（抗絮凝、抗结晶、防沉性），多颜料共磨色浆还必须拥有优异的防浮色发花(Flooding

&

Floating)性能。

研磨工序常采用球磨、沙磨、三棍磨、胶体磨等设备，研磨浆料由颜料、溶剂、分散剂、树脂组成。其中与客户所使用的分散剂结合能力的好坏是颜料生产厂商首先必须考虑的因素。颜料与分散剂匹配性好，则能够大大提高研磨效率、降低体系粘度从而提高生产能力，获得质量稳定的色浆。

现今的油墨涂料生产商更多地在使用聚合物型分散剂-超分散剂，以获得贮存稳定性更好、体系粘度更低的色浆。超分散剂的结构通常由两部分组成：聚合物展开链（Expansion

chain）和锚固基团（Anchor

group）。

我们所说的颜料与分散剂匹配性好指的是锚固基团能力牢固地吸附在颜料粒子表面，从而消除颜料新生表面的强大的自由能，溶剂化聚合物链自由地伸展在溶剂中，阻止颜料粒子的絮凝，从而获得高着色力、高光泽度、遮盖力或透明度、低粘度的色浆。

如何使颜料能够与超分散剂的锚固基团牢固地结合呢？首先我们必须了解超分散剂锚固基团的性质。超分散剂的锚固基团通常分为四类：

1.

胺锚固基团：如：Tilo-17000,

Tilo-20000,

Tilo-32000,Tilo-32500,Tilo-32500C；Disperbyk-161，Disperbyk-163；EFKA-4050，EFKA-4060等。

2.

酸锚固基团：如：Tilo-3000，Tilo-110,Tilo-111,Tilo-36000,Tilo-36600;

Disperbyk-110等。

3.

两性锚固基团：如：Tilo-34000，Tilo-4010;

EFKA-4010等。

4.

芳香多环基团：如：Tilo-27000，Tilo-27100等。

上述的四种不同锚固基团的超分散剂中，胺锚固基团是使用得最多的分散剂。不同的分散剂锚固基团对颜料的要求是不一样的，如果要获得最佳的着色效果，以下的原则可供各颜料厂参考：

1.

胺锚固基团的超分散剂：要求有机颜料粒子表面带微弱的酸性。比如有机颜料最后的结晶介质是酸性的，或者有机颜料分子中含少量的酸性基团，如磺酸基或羧基（每50分子颜料含1个酸性基团最佳）。钛白则以硅包膜的钛白最适合胺锚固的超分散剂。未表面处理的碳黑。

2.

酸锚固的超分散剂：有机颜料粒子表面带微弱的碱性。比如有机颜料最后的结晶介质是碱性的，如：蓝15:3，或者有机颜料分子中含少量的碱性基团，如叔胺基。钛白则以铝包膜的钛白最适合酸锚固的超分散剂。有机胺表面处理的碳黑。

3.

两性锚固基团的超分散剂：这类超分散剂主要应用于酸碱特性比较明显的研磨树脂，如：氯醋树脂、NC（硝基纤维素）、聚酰胺、蜜胺树脂等。这类树脂由于易与性质相反的超分散剂结合而使分散剂失去作用，所以需要选择两性锚固基团的超分散剂。对有机颜料的要求则是含有微量磺酸基或叔胺基的表面极性较高的颜料为佳。钛白则以铝硅复合包膜的钛白最适合两性锚固的超分散剂。未表面处理的碳黑。

4.

芳香多环基团：目前主要就是Tilo-27000和Tilo-27100两个品种，主要用于水性体系碳黑的分散。

以上原则可以用不同表面处理的钛白粉分散性研究得以验证，见下面的图表。钛白行业人所共知的铝亲酸、硅亲碱说的就是这个道理。

3

油墨用颜料

3.1

胶印墨

胶印墨常用的超分散剂是展开链极性很低的17000、18000、19000作为分散剂，国内市场上的一些17000及其类似的产品实际上是40%含量左右的17000的二甲苯或白矿油溶液。

17000系列产品是胺锚固的超分散剂，根据上述的颜料与分散剂匹配原则，有机颜料分子中含有微量的羧基或磺酸基将有利于有机颜料在胶印墨体系中的分散。具体各主要品种可以采用的方法是：

A.

联苯胺黄：

（1）松香衍生物提供酸性表面，如镇江天龙生产的松香-511，广泛地被全球各大公司用于联苯胺黄的表面处理。需要在此说明的是，国内很多的颜料厂商使用氢化松香或歧化松香用于联苯胺黄的生产，这是非常危险的事，因为氢化或歧化松香包覆的联苯胺黄在烘干或贮存过程中极易起火燃烧，国内外已经发生很多起因此而产生的重大失火事故，造成了巨大的经济损失。有些颜料生产厂为了防止失火事故，被迫在颜料生产过程中添加大量的抗氧化剂或阻燃剂，这虽然在一定程度上降低了失火的危险性，但是增加了生产成本，并且得到的联苯胺黄的质量值得商榷，在很多体系含抗氧剂或阻燃剂的颜料是不能使用的。

图4和图5分别是松香-511和国产歧化松香的差热分析图谱。可以看出松香-511的起始分解温度比国产歧化松想得到起始分解温度差了60℃以上。这可能是使用歧化松香的颜料易失火的原因。

为了进一步提高联苯胺黄的流动性，有些颜料厂商在使用松香-511的同时配合使用超分散剂18000，实际上这是没有必要的，这只是油墨生产商转移成本的一种手段而已。

（2）使用含磺酸基的DCB衍生物进行共偶合，从而赋予联苯胺黄表面弱酸性。

（3）添加能提供弱酸性的联苯胺黄衍生物，如相乘剂Tilo-22000。实际上这也是没必要的，同样只是油墨厂成本转移的一种方法。

B.

PR57：1等色淀类有机颜料：

这类的颜料由于具有比较高的表面极性，分散剂很容易吸附于其表面，除了保证晶型完整性调整及色相调整所需要的适当量的助剂如异4B酸、吐氏酸、T-500、T-510之外，没有必要添加超分散剂。但是还是有很多颜料厂商在生产过程中添加Tilo-3000或Tilo-17000以获得所谓的在胶印墨中流动性及分散性好的宝红，这同样是一种游戏，将油墨厂的成本转移到颜料厂而已。

C.

蓝15：3：

胶印墨用蓝15：3可以添加不超过5%的松香衍生物以赋予颜料表面适当的弱酸性，便于在油墨研磨时与超分散剂Tilo-17000等的牢固地结合。或者添加相乘剂Tilo-5000，以保证在胶印体系的低粘度的要求。如上所述，Tilo-5000同样应该是油墨厂自己添加的东西。

3.2

凹印墨：

凹印油墨是溶剂油墨（液体油墨）的一个大类，常有颜料厂的技术人员说我生产的颜料是用于溶剂墨的，哪种助剂合适？这种说法是不科学的，因为溶剂墨是一个非常宽范的概念，不同的溶剂、树脂构成了不同的油墨，对颜料的要求是各不相同的。某些凹印油墨由于采用的树脂是酸碱特征比较明显的树脂，故两性锚固的超分散剂通常能获得最好的分散效果，此时需要考虑颜料与树脂的匹配性。常见的凹印油墨的品种如下：

（1）书刊印刷凹印油墨(Publication

Gravure

Inks)：常用的超分散剂是胺锚固的Tilo-17000、Tilo-18000等。要求颜料表面具有弱的酸性。

（2）包装凹印墨(Packing

Gravure)-NC树脂，EA为主溶剂:

常用两性锚固的Tilo-34000及其溶液形式。要求颜料表面具有弱的碱性以与显酸性的NC树脂相匹配。

（3）包装凹印墨(Packing

Gravure)-NC树脂，醇为主溶剂:

常用Tilo-20000或两性锚固的Tilo-35000。要求颜料表面具有弱的碱性以与显酸性的NC树脂相匹配。

（4）包装凹印墨(Packing

Gravure)-聚酰胺树脂：常用两性锚固的Tilo-34000或Tilo-20000，要求颜料表面显弱酸性以与聚酰胺树脂相匹配。

3.3

网印油墨及柔板油墨：

这两类油墨常用的分散剂是Tilo-24000、Tilo-28000、Tilo-32000等胺锚固的超分散剂，也有采用两性锚固的Tilo-34000的，具有通用分散能力的分散剂。所以这两类油墨通常要求有机颜料具有弱酸性的表面。

3.4

UV墨：

胺锚固的Tilo-32000是该体系标准的分散剂，过去的老的UV墨配方中也有使用Tilo-24000的，同样也是胺锚固的。所以该体系对颜料的要求是表面具有弱的酸性，客户也常自己添加相乘剂Tilo-5000或Tilo-22000使其与颜料共晶而得到弱酸性的颜料表面。

4

涂料用颜料

涂料由于对耐候性的要求比较高，所以用得较多的是无机颜料和金属效应颜料。有机颜料一般采用耐候性能优异的高性能颜料（HPP）和酞菁类颜料。HPP或酞菁类颜料使用常规的有机颜料的表面处理方法是没有多大效果的。要想得到分散性及着色能力好的HPP和酞菁类颜料，唯一的方法是采用自身衍生物的表面处理方法。衍生物同样有酸性和碱性之分，根据衍生物酸碱特征，结合上述的有机颜料与分散剂或树脂的匹配性原则就可以得到不同用途的HPP或酞菁颜料。

溶剂型涂料常用的分散剂有：Tilo-110，Tilo-32500B，Tilo-32500C，Tilo-34000，Tilo-180，Tilo-32500，Tilo-4010，Tilo-13940及Tilo-5000和Tilo-22000等。

5

塑料着色用颜料

色淀类有机颜料通常可以用廉价的S-松香进行表面处理以获得在塑料、橡胶中分散性能良好的色淀颜料。这一技术已经在国内颜料厂广泛地应用。

比如PR48：2用S-松香替代普通松香，耐热性可以提高20℃，并且具有优异的分散性和耐迁移性。塑料用PR53：1采用S-松香处理同样可以得到类似的结果。

与国外的安全性要求不一样，国内塑料行业竟然把联苯胺黄类颜料用于塑料着色。这在国外是严格禁止的。类似的情况还有铬黄等无机颜料。某些大公司也利用中国立法上的空白，在国内市场推销所谓塑料用联苯胺黄类颜料和铬黄颜料。

酞菁类塑料着色用颜料，可以使用Tilo-5000。

与涂料一样，HPP需要添加衍生物才能得到在塑料中分散性能优异的品种。没有衍生物就做不出好的HPP。

6

结论

1.

颜料的表面性质一定要与下游油墨涂料客户所使用的分散剂或树脂相匹配。

2.

绝大多数的油墨涂料分散剂采用的是胺锚固的超分散剂，所以通常情况下颜料表面呈微弱的酸性有利于其在油墨中的分散。NC墨或其他强酸性树脂体系是个例外。

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