有关各种无层次结构效应颜料的加工方法及应用

    【集萃网观察】效应颜料基本上可分为两类：

    ①仅由一种光学性质均匀材料（无底材颜料）构成的片晶；②具有层状结构且由两种以上光学性质不同的层状物质构成的片晶（膜层-底材结构的颜料或无底材的多膜层颜料）。

    无膜层结构的颜料就是众所周知的金属效应颜料，如铝片晶或铜-锌片晶。也有透明的效应颜料，如鳞片状的单晶BiOCl和多晶TiO2也属于这一类颜料。这些非金属鳞片通常很薄从而能产生一定的干涉色彩。与有底材片晶的鳞片相比，这种非金属鳞片的机械稳定性较低。

    只有很少品种熟知的物质能结晶或薄鳞化，其粒径和厚度适宜制作效应颜料。不能以这种形式结晶的物质，只能在薄的支承片晶上处理后才可成为效应颜料，这种支承片晶称为底材或模板，在其上可沉积所需的物质。人们最熟知的实例就是珠光颜料，即在天然云母或合成云母片晶上用TiO2或Fe2O3薄层包膜。透明底材上的颜料（如以云母为底材的颜料）可以容易地与吸光性颜料或者与甚至较厚包膜层的金属效应颜料混合。金属效应颜料的优势是在实际应用体系中具有较强的遮盖力。透明的珠光颜料和遮盖力强的金属颜料的混合物常用于汽车涂料中。如果用作户外使用，如汽车涂料和建筑外墙涂料，可添加表面处理剂来改善许多效应颜料的耐候性。

    1、金属效应颜料最重要的无膜层结构的效应颜料无疑是金属效应颜料。这种颜料由铝（“泛银光”），铜、铜-锌合金（“泛金光”），锌或其他金属的鳞片或薄片构成。这种金属效应是颜料粒子表面对光线的反射形成的现象。当粒子的边缘及棱角光散射部分增加时，所见到的光泽效果就会降低。粒子越大反射层越好，从而产生较高的亮度和光泽。金属颜料的外观也取决于金属鳞片在实际应用体系中的定向排列，粒子形状、基料的透明性，其他着色剂的性质。所需颜料的粒径取决于预定使用目的，可以由几微米（胶印法印刷）到中量级（10~45μm）轿车涂料，照相凹版印刷，弹性版印刷以及粗量级（缓蚀体系，塑料）。鳞片厚度可从小于0.1~1μm变化。

    市场出售的金属效应颜料有漂浮型和非漂浮型两类。由于在制造颜料时采用硬脂酸，使其具有较大的界面张力，所以漂浮型颜料会漂浮在色漆或印刷油墨的表面。与此相反，非漂浮型颜料能完全被所用基料润湿，从而能均匀地分散在涂料中。采用润滑剂就可获得非漂浮性，这种润滑剂由带支链的或不饱和的脂肪酸（如油酸）或者极性物质（如脂肪胺）构成。

    用捣碎机处理金属粒子就能制造金属效应颜料。用干球磨法或湿球磨法都可制成金属鳞片。用球磨法时，应加入润滑剂以防止冷融，从而能制得所需的漂浮型或非漂浮型性能。

    通常的铝粉颜料可制成“粒状鳞片”状态或“银元”状态，这取决于初始粒子的质量和形状以及粉碎的条件。还有一类特殊的类型为PVD铝粉，也可称为VMP（真空金属颜料），这是由真空法制成的，将铝沉积在织物上。把沉积的铝由织物上脱离后，得到很薄的鳞片，它与涂料体系拼混后能显示出改进的似镜面效果。上述三点不同铝粉颜料的电镜图如图1所示。

    金属效应颜料的全球市场可估计为20000吨/年以上。根据制造方法与应用范围的不同，这种颜料以粉末形式或含溶剂的制品形式（颜料浆、颜料颗粒）出售。水性或水混合溶剂的稳定型铝粉浆适用于水性涂料或水性油墨。用特殊的有机物（如丙烯酸树脂）或无机物（如二氧化硅）包膜的颜料可用于粉末涂料。

    2、天然珍珠粉天然珍珠粉，也称为天然鱼银粉，是一种由鱼鳞、鱼皮或鱼泡构成的颜料悬浮液。悬浮液中的颜料粒是纵横比很大的鳞片体。这种颜料由75%~97%的鸟嘌呤和3%~25%的6-羟基嘌呤构成。这两种嘌呤的比例取决于鱼的种类（如鲱鱼，沙丁鱼）。一吨鱼只能制成少于250g的嘌呤。

    至今还未能实现制取晶体嘌呤的工业合成法。因此，只能将鱼鳞的水性悬浮液用有机溶剂萃取，溶解并除去蛋白质。余留的分散液中含有嘌呤晶体和鱼鳞，然后再用复杂的洗涤和相转移方法将它们彼此分离开来。

    这种颜料鳞片易聚集成团，因此只能以分散液形式使用。因为其价格太高，这种分散液几乎只用于化妆品（指甲油，洗涤剂，洗发剂）。天然珍珠粉的颜料粒子具有很强的柔和光泽Cnd=1.79（平行光）~1.91（垂直光），相对低的密度1.6g/cm3，这就能减少液体配料中的沉降。天然珍珠粉的全球产量2004年不足50吨。

    3、碱式碳酸铅可以用醋酸铅水溶液沉淀法合成六角形片晶碱式碳酸铅（Pb（OH）2?2PbCO3）。在严格控制条件下将这种溶液与二氧化碳反应。生成的片晶粒子厚度小于0.05μm而直径为约20μm，形成的纵横比为200左右。由于它的折光率高达2.0且表面平整，所以这种片晶具有很强的光泽。如果改变反应条件使粒子的厚度较大，则可使颜料具有干涉颜色。

    由于晶体易脆且密度高达6.4g/cm3，所以在悬浮液中会很快沉降。碱式碳酸铅易聚集成团，所以常以稳定的分散液使用。从具有毒素危害角度考虑，这种颜料的使用越来越受到限制。碱式碳酸铅效应颜料的全球产量每年不足1000吨。

    4、氯氧化铋氯氧化铋（BiOCl）效应颜料是由强酸性铋盐溶液在氯化物参与下水解而成。

    这种晶体的质量可通过反应参数的选择加以调控，这些参数包括铋盐的浓度、反应温度、pH值、反应器的结构形状，加入的表面活性剂。可以将这种立方体的双锥晶体压平形成纵横比大的鳞片。具有纵横比为10~15的颜料具有光泽低且使皮肤感触滑爽，因而常用作化妆品的填料。具有纵横比较大的晶体则显示出高光泽，因而主要用作指甲的抛光剂。其耐光性差，由于密度达7.73g/cm3，引起沉降快，和机械稳定性差的缺点限制了氯氧化铋在技术方面的应用。因此，氯氧化铋主要应用于化妆品，也能应用于钮扣和珠宝。当前的全球市场容量约为每年400吨。

    5、云母氧化铁云母氧化铁由纯α-氧化铁或含添加剂的α-氧化铁（α-Fe2O3，赤铁矿）构成。它是一种自然界已发现的鳞片状天然物质。天然产品的密度为4.6~4.8g/cm3且具有低光泽的深灰色，几乎专用于防腐涂料中。

    云母氧化铁也可在碱性介质中通过热液反应而形成鳞片。如果拼混入较多的添加剂，纵横比可增大至100，这就能形成更好的光泽。颜色也能由深灰色变为更悦目的棕红色，从而可将这种鳞片用于装饰目的。最主要的添加剂是Al2O3、SiO2、Mn2O3。SiO2能形成薄的小片晶，Al2O3能形成薄的较大鳞片，而Mn2O3则能减少其厚度。采用ZrO2，B2O3，P2O5，SiO2或加入Al2O3能降低在使用体系中的聚集状态。用Fe（OH）3或者最好用FeOOH作为初始原料以碱性悬浮液与添加剂一起加热至170℃以上（典型的是250~300℃）。经历几分钟至几小时后就生成了含添加剂的云母氧化铁鳞片。在进一步反应中，pH值将升高，从而使基本平整面积增大。

    6、二氧化钛鳞片二氧化钛鳞片可将TiO2的连续膜片粉碎而制得。用织物包膜工艺将TiOCl2在织物表面上进行加热水解，制得TiO2的连续膜片。无底材TiO2鳞片也可将TiO2-云母底材颜料在强酸或强碱中溶解底材而制得。用上述方法制得的二氧化钛鳞片不是单晶体而是多晶体且稍有孔隙。这种鳞片在多数情况下机械稳定性有局限性，因此不能用于有应力的技术应用场合。

    7、鳞片型有机颜料某些有机颜料也可制成鳞片型晶体。实例如1，4-二酮-3，6-二芳基吡咯并-（3，4-C）-吡咯（DPP），2，9-dichlorochinacridone和金属酞花青。但是由于这些有机颜料的折光率与其一般应用介质的折光率之差太小，因而不能产生较强的干涉色和闪光效应。在大多数情况下，有机颜料晶体的纵横比也比那些有底材或无底材的无机效应颜料小得多。

    8、基于液晶聚合物上的颜料液晶聚合物（LCP）也能以鳞片或大膜片形式使用而获得干涉色以及特殊的随角干涉色效应。这种物质的结构是由平行定向排列的液晶层构成，其排列方向是对邻接层转动一定角度而形成螺旋状排布。由于螺旋结构使每一层的折光率产生的变化，则出现了干涉效应。也可能是这种螺旋的超级结构使其产生了光学效应。

    大多数LCP颜料和膜层都是以聚硅氧烷为基础的。生成的第一步是先生成液晶聚合物的交联薄膜。经UV固化聚合后，将形成的固体膜进行粉碎生成小片晶。当这种粒子达到厚度4μm以上时，大多数情况就可获得随角异色效应。由于厚度及某些稳定性问题，液晶颜料的应用至今仍有限制。

    来源：第二太阳百科