鐵系顏料在環(huán)保地坪涂料中的應(yīng)用

蔡 帥 ，王 濤

（1.浙江華源顏料股份有限公司，浙江德清 313220；2.廣州市宏特化工科技有限公司，廣東廣州 511400）

0 引言

顏料是一種能起到裝飾和保護作用的有色化學(xué)物質(zhì)，根據(jù)其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)不同一般將其分為有機顏料和無機顏料。鐵系顏料是重要的無機顏料品種之一，由于其具備較好的耐候性、著色力等特點，并且相對經(jīng)濟、環(huán)保，因此在涂料行業(yè)有著廣泛的用途。在鐵系顏料中，鐵紅、鐵黃和鐵黑的應(yīng)用相對廣泛，除此之外還有鐵綠、鐵棕、鐵橙、鐵藍等產(chǎn)品。隨著鐵系顏料不斷向高端發(fā)展，其中耐溫產(chǎn)品、超細產(chǎn)品在高端涂料行業(yè)中得到了較好的應(yīng)用。地坪涂料是涂料行業(yè)的重要組成部分之一，其用途和影響在不斷擴大［1］。

地坪涂料主要用于混凝土、水泥、石材等基材的涂裝，起到裝飾和保護作用，目前，地坪涂料主要分為溶劑型地坪涂料、無溶劑型地坪涂料、水性地坪涂料3類。隨著地坪涂料不斷向環(huán)保方向發(fā)展，鐵系顏料作為傳統(tǒng)的環(huán)保型無機顏料在地坪涂料中的應(yīng)用更加廣泛，由于鐵系顏料具備優(yōu)良的遮蓋力、著色力、耐光性等特點，且色相齊全，對地坪涂料的發(fā)展更加有優(yōu)勢。

1 鐵系顏料簡介

1.1 鐵紅顏料

鐵紅顏料的分子式是Fe2O3，為紅色或深紅色粉末，球型顆粒。由于氧化鐵紅具有優(yōu)越的遮蓋力、著色力、耐溫性、耐光性等性能，被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、橡膠、造紙、建筑等行業(yè)，也有部分產(chǎn)品被用于化工領(lǐng)域的催化劑。目前，鐵紅顏料的制備主要采用鐵皮法，原材料主要是工業(yè)廢鐵皮，屬于廢物再利用性質(zhì)，因此，鐵紅顏料在價格上較其它有機顏料有優(yōu)勢。華源顏料股份有限公司收購日本戶田三峰后推出超細氧化鐵紅系列產(chǎn)品，通過改變氧化鐵紅的粒徑，提升了粉體的分散性、色相等指標，拓寬了鐵紅顏料的應(yīng)用領(lǐng)域。

1.2 鐵黃顏料

鐵黃顏料的分子式是Fe2O3·xH2O，為黃色粉末，針狀顆粒，通常x值為1，是1種晶型氧化鐵水合物，在實際生產(chǎn)過程中由于操作工藝的不同，水合程度往往也不同，因此，也導(dǎo)致鐵黃顏料晶形結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)有很大的差別，顏色從深到淺都有。由于普通氧化鐵黃具有受熱易脫水變色的特性，因此在塑料以及耐溫涂料的應(yīng)用上有著很大的局限性，潘國祥［2］等人協(xié)同浙江華源顏料股份有限公司對包覆型氧化鐵黃顏料進行了系統(tǒng)的研究。通過對氧化鐵黃進行表面包覆來提升氧化鐵黃的耐溫性，拓展氧化鐵黃的應(yīng)用領(lǐng)域［3-4］。

1.3 鐵黑顏料

鐵黑顏料的分子式是Fe3O4，鐵黑顏料又稱為磁性氧化鐵，為藍墨光黑色粉體，以優(yōu)良的遮蓋力、著色力、耐光性等特點而應(yīng)用于涂料行業(yè)，同時由于其良好的耐堿性而被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)中的水泥著色。竺增林和李金花等［5］通過優(yōu)化工藝成功制備出高純、高著色的氧化鐵黑顏料粉體，還通過包覆手段處理普通鐵黑顏料并成功制備出耐溫氧化鐵黑顏料粉體，拓寬了鐵黑顏料的應(yīng)用領(lǐng)域。

1.4 鐵棕顏料

鐵棕顏料的主要成分是氧化鐵紅與氧化亞鐵的混合物，為棕色粉末，不溶于水，溶于酸，有著較高的著色力、遮蓋力和耐光性，耐堿性優(yōu)異，無水滲性和油滲性。由于工藝不同色相也隨之改變，分為黃棕與紅棕兩種。鐵棕顏料的應(yīng)用領(lǐng)域與鐵紅顏料類似，主要用于塑料和涂料的著色。馮阿榮等［6］開展了一種液相低重金屬的氧化鐵棕的制備研究，成功制備出性能優(yōu)異且環(huán)保的鐵棕顏料粉體。

1.5 鐵綠顏料

鐵綠顏料的主要成分是氧化鐵黃和酞菁藍，是這兩種顏料的拼混產(chǎn)品。通過改變這兩種顏料的配比，可以得到由淺至深的一系列的鐵綠品種。例如提高酞菁藍的比例，色澤就趨于深藍，反之則色澤呈淺綠。氧化鐵黃雖然色澤不夠鮮明，但具備強烈的吸收紫外線能力，耐候性、耐溶劑性、耐堿性、分散性好。酞菁藍的著色力強，又具備各種優(yōu)良的性能。因此兩者的結(jié)合能達到優(yōu)良的效果。鐵綠顏料被廣泛用于建筑工業(yè)、建筑材料、涂料、塑料等領(lǐng)域的著色。目前，市場上的鐵綠顏料有干法和濕法兩種制備方法，干法制備出的鐵綠粉體，肉眼觀察顏色比較鮮亮，但著色力不如濕法好，使用過程中，相同色相情況下濕法粉體用量較少。

2 地坪涂料的種類

地坪涂料與地面涂料是兩個不同的概念。按照GB/T 2705—2003《涂料產(chǎn)品分類和命名》規(guī)定，地坪涂料主要指水泥基等非木質(zhì)地面使用的涂料，可知，地坪涂料是地面涂料的一種。地坪涂料通常按照成膜物質(zhì)與用途來分類，見表1和表2［7］。

表1 地坪涂料按成膜物質(zhì)分類Table 1 Floor coatings is classified according to film-forming substances

表2 地坪涂料按用途分類Table 2 Floor coatings is classified by use

3 鐵系顏料在地坪涂料中的性能評價

3.1 分散性

顏料的分散性是顏料在地坪涂料中使用的一個重要指標，顏料分散性的好壞不僅影響其對產(chǎn)品的著色力和色相，還可能對制備的地坪涂料的光學(xué)性能有一定影響。顏料的分散性與其表面性質(zhì)、粒徑大小、粒徑分布等因素有關(guān)。如果顏料表面是非極性的，那么應(yīng)用于非極性的體系中就非常容易分散，反之如果顏料表面呈極性，那么應(yīng)用在水性地坪涂料等領(lǐng)域中就非常容易分散。另外，顏料分散性與顏料的粒徑分布有關(guān)，顏料粒徑均勻分布且較窄時，在應(yīng)用中相對容易分散。因此，華源顏料股份有限公司通過超細手段控制氧化鐵紅的粒徑分布來提升其分散性，從而滿足地坪涂料等行業(yè)的需要。

3.2 耐熱性

地坪涂料在使用過程中對耐溫性要求相對不高，但部分涂料制備時要求在80~100 ℃甚至120~130 ℃烘干，因此配制烘漆的顏料至少要耐150 ℃才能保證烘干后不變色。所以，顏料的耐熱性直接影響到烘漆的制備過程。目前，可以通過熱重分析（TG）來確定顏料的耐熱性，圖1是華源顏料股份有限公司普通氧化鐵黃顏料的熱重分析曲線，從中很容易觀察出普通氧化鐵黃的耐溫性。鐵系顏料的耐溫性基本可以滿足大部分地坪涂料的要求。

圖1 華源顏料股份有限公司普通氧化鐵黃的熱重曲線Figure 1 The thermogravimetric curve of common iron oxide yellow from Huayuan Pigment Co.，Ltd.

3.3 耐候性

地坪涂料對耐候性的要求比較高，因此對顏料的耐候性要求也比較高。鐵系顏料是傳統(tǒng)的無機顏料，具備優(yōu)良的耐候性。鐵系顏料在地坪涂料中的使用能有效解決地坪涂料的耐候性問題。

3.4 色彩性能

顏料的顏色性能是衡量其質(zhì)量的重要指標之一。顏色的三要素：色相、明度、純度。色相也叫色別，是指顏色具體的色彩面貌，如檸檬黃、翠綠、湖藍等，色相是顏色最明顯的特征；明度也稱為亮度、光度或鮮明度，指顏色本身的深淺程度；純度又叫顏色的飽和度，是指顏色的純粹程度，當一種顏色的色素含量達到極限時，即顏色達到了飽和程度，此時顏色的純度最純，是該色彩的固有色，即該色相的標準色。國際照明委員會（CIE）建立了一套界定和測試顏料的標準，以保證人眼觀察到的顏色和樣品顏色的測量值一致。對于亮度或光亮分量（L），a和b是兩個顏色通道，a包括的顏色是從深綠色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉紅色（高亮度值）；b包括的顏色是從亮藍色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到黃色（高亮度值）。顏料在地坪涂料中色相的判斷，先將其制備成色漿，再采用色差儀測量色差，根據(jù)Hunter公式計算色差值：

式中，ΔL =L’-L ；Δa =a’-a；Δb =b’-b。L與L’分別代表前后的亮度值；a和a’分別代表前后顏料的紅（綠）值；b和b’分別代表前后顏料的黃（藍）值。

3.5 其它性能

除了以上所介紹的性能外，顏料在地坪涂料中還有其它性能也要注意，如耐溶劑性、耐水性、耐酸堿性、顏料的混用性以及毒性等。馮阿榮等［6］開展了一種液相低重金屬氧化鐵棕的制備工作，成功制備出性能優(yōu)異且更環(huán)保的鐵棕顏料粉體。

4 結(jié)語

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，對地坪涂料的要求也越來越高。面對深入人心的環(huán)保理念，環(huán)保型地坪涂料是今后發(fā)展的主要方向。鐵系顏料作為傳統(tǒng)的無機顏料，且屬于環(huán)保型顏料，針對地坪涂料的高端化發(fā)展，也在不斷尋求新的突破。

（1） 推出超細系列、耐溫系列以及專用系列，來滿足市場的需求，擴大鐵系顏料的應(yīng)用領(lǐng)域。

（2） 鐵系顏料具備良好的耐溫性、耐候性，且色相種類較多，能較好適應(yīng)于地坪涂料的發(fā)展，對環(huán)保型地坪涂料的發(fā)展將有著重要的意義。