色素碳黑在涂料中的應(yīng)用、性能要求 

1.碳黑在涂料中的作用

涂料對(duì)其顏料的要求，除顏色以外，還對(duì)其著色力、吸油量、水分、水溶性、PH值、相對(duì)密度、粒子形狀大小、耐溶劑性、耐化學(xué)品性、無毒無公害性、分散性等有不同的要求。

碳黑在物理方面活性很高，但在化學(xué)方面則是不活性的，因此其耐候性和耐化學(xué)品性好。碳黑的黑度和著色力高，價(jià)格穩(wěn)定，因此在涂料工業(yè)不可缺少的黑色顏料，常用于建筑、汽車、鐵路車輛和船舶用涂料中。碳黑除用于黑色涂料外，還作為調(diào)色顏料應(yīng)用于灰色及其他顏色的涂料中。

2.碳黑的基本性能和涂料應(yīng)用性能的關(guān)系

（1）黑度

黑度是涂料用碳黑的主要指標(biāo)，當(dāng)用于黑色涂料的著色時(shí)，例如黑色汽車面漆，要求所用碳黑黑度愈高愈好。當(dāng)將碳黑用于調(diào)色時(shí)，黑素太高添加量太少，反而容易引起不同批次的涂料產(chǎn)品產(chǎn)生色差，故要求使用黑度較低的碳黑。

碳黑的黑度即碳黑吸收光的程度，光吸收愈多，光反射愈弱，碳黑及其著色物質(zhì)的黑度就越高。由于光吸收作用在碳黑粒子內(nèi)部（準(zhǔn)晶體碳晶格中）產(chǎn)生，當(dāng)碳黑在涂料中濃度為一定時(shí)，碳黑粒徑越細(xì)，同樣容積中碳黑粒子數(shù)也越多，光吸收越強(qiáng)，黑度也越高，而用粒徑較粗的碳黑，光反射較多，即使增加碳黑濃度，使同樣容積中碳黑粒子數(shù)增多，但光反射仍較多，黑度仍較采用細(xì)粒子碳黑的低。

碳黑的聚集體會(huì)產(chǎn)生光散射作用，當(dāng)碳黑結(jié)構(gòu)高時(shí)，聚集體的光散色增強(qiáng)，從而也會(huì)降低光吸收的程度即降低黑度。

（2）著色力

著色力（著色強(qiáng)度）是將白色或彩色顏料和碳黑混合時(shí)，碳黑的著色能力。也就是碳黑使混合物系光吸收作用提高的程度。這一特性取決于碳黑和顏料的配量比和碳黑本省的性質(zhì)，當(dāng)配量比一定時(shí)，某一碳黑的著色能力即為其著色強(qiáng)度，在涂料行業(yè)中稱為著色力。

碳黑粒徑小時(shí)，結(jié)構(gòu)低，著色力就較高，然而當(dāng)粒子小于20nm時(shí)著色能力不再上升，甚至下降，其原因如下：

一粒徑過小難分散，形成較大附聚體。

一粒徑小的炭黑，被粒徑較大的顏料粒子遮蔽。

一粒徑小于20nm時(shí)，涂膜的透明度增加。

如將碳黑按不同配量比和一個(gè)白色顏料混合時(shí)，可進(jìn)行淺灰、灰色、深灰和黑色著色，如欲將一種顏色略微調(diào)暗些，則可用碳黑調(diào)色，一般采用著色強(qiáng)度較低的，也就是粒子較大的碳黑來調(diào)色，添加量很小，添加量的細(xì)小誤差對(duì)配出的顏色影響就很大。

(3)色相

“碳黑粒子”隨粒徑減小而減弱的光反射還會(huì)影響色相。用細(xì)粒徑碳黑進(jìn)行表層黑色著色產(chǎn)生淡藍(lán)色相，它能進(jìn)一步增強(qiáng)高色度視覺印象。用粗粒徑碳黑著色則會(huì)產(chǎn)生棕色色調(diào)。

可見光射入碳黑“飽和色”（不透明）著色層中時(shí)，碳黑粒徑越細(xì)，短波藍(lán)光的散色比長(zhǎng)波紅光更強(qiáng)。由于紅光散射更弱，便能更深地射入著色層，而藍(lán)光散射更強(qiáng)，它能更強(qiáng)地產(chǎn)生回散色。從著色層中向外反射。

觀察用碳黑著色的透明層時(shí)，色調(diào)關(guān)系恰好相反，隨著碳黑粒徑減小，可見光中散射強(qiáng)的藍(lán)光射入著色層較少，而從另一面透射而出。因此由于缺少藍(lán)光，透明層則更顯棕色色調(diào)。

進(jìn)行“白色混合著色”（調(diào)色）時(shí)，得到的結(jié)果與觀察透明層中飽和色著色的情況相同。使用細(xì)粒徑碳黑時(shí)，可見光藍(lán)光部分側(cè)向散射性較強(qiáng)，從而使余下紅光引起黃灰色色調(diào)。相反，前述用來“調(diào)色”的粗粒徑碳黑特別是粒子較粗的燈煙碳黑卻會(huì)引起藍(lán)相色調(diào)。

除粒徑外，碳黑的結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)色調(diào)產(chǎn)生影響，結(jié)構(gòu)較高的碳黑和粒子較粗的碳黑會(huì)產(chǎn)生相似的影響。

（4）光澤

當(dāng)碳黑粒徑減小或結(jié)構(gòu)提高時(shí)碳黑的吸油量增加，會(huì)使涂料的粘度提高，在同樣的碳黑濃度下，涂層表面自由漆料（成膜物質(zhì)）減少，因此光澤降低。當(dāng)表面含氧基團(tuán)或揮發(fā)分增多時(shí)，碳黑在連結(jié)料中的潤(rùn)濕性提高，粘度降低，涂層表面自由漆料增多，光澤將會(huì)提高。

（5）分散性和分散穩(wěn)定性

涂料用碳黑聚集體大小一般在20到數(shù)百納米之間，在漆料中不容易分散，碳黑在漆料中的分散下狀態(tài)，對(duì)涂料的性能影響很大。還有，碳黑在涂料特別是和其他顏料如鈦白粉等混合使用時(shí)，由于其相對(duì)密度、聚集體直徑、形狀和表面化學(xué)性的不同，碳黑容易產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象，即影響涂料的分散穩(wěn)定性。