金属效果颜料-广州英孚贸易有限公司

金属效果颜料

    鉴于其装饰性的外观，效果颜料不仅在塑料而且在油漆、涂料、印刷油墨以及化妆品方面都有着非常广泛的应用。生产特殊效果颜料所需的色母料与普通的色母料有着显著的不同。

        金属效果颜料一般是铝或锌/铜合金。尽管从冶金学上来说它们和金属金，银或铜没有任何的关系，但是它们却又被称为“银铜”和“金铜”。
        当代金属效果颜料最早使用的材料是不规则形状的粗金属砂砾。这种颜料中还包含了经球磨而成的片状粒子，这种片状粒子相对颜料颗粒来说要大很多，大约在10祄到60祄之间。为了达到所需的金属光泽效果，需要将颜料中每个组分的各自不同的效果有效结合起来。通过光在金属颜料表面的反射以达到金碧辉煌的效果是最这其中最重要的一环。光反射效果如何关键取决于金属颜料的颗粒大小，形状以及表面结构。

        层状基板颜料的多功能效应
        层状基板颜料是由一层具有低折射率的透明板和涂覆在其上的高折射率物质组成的。部分层状基板颜料属于珠光颜料，这种颜料的基板通常会选用天然云母。涂覆材料一般为金属氧化物，如氧化钛、氧化铁或者氧化锆。一般涂层的厚度在10-120nm之间。
        此外，还有一些颜料的基板会选择薄的玻璃片，学名叫玻璃鳞片、氧化铝片或是氧化硅片。这些基板都具有非常低的折射率以及良好的透明度。
        珠光颜料的效果类似于珍珠光泽。这种效果是光透过透明介质在不同折射率的表面折射形成的。不同于纯金属效果颜料的光泽即表面光泽，这种光泽具有三维立体效果且给人造成是从物体内部深处发出光芒的错觉。
        珠光颜料的基板小而轻薄且具有非常好的延展性，而表面涂层却具有相对大的尺寸且非常光滑。整体来说珠光颜料是一种半透明且具有高折射系数的层状物。与普通颜料的色彩来源于光的吸收不同，珠光颜料的色彩来源于光的干涉。通过调节涂覆参数来改变光的干涉效果可以形成不同的色彩。折射系数，层的厚度以及层数都是重要的参数。如图2所示，二氧化钛层的厚度决定了光的干涉的深浅。
        干涉是指两种或多种任意波（比如声波或光波）的叠加，即振幅的加成。如果波互相抵消就叫做破坏性干涉。如果振幅得到加强就叫做建设性干涉。

图1：涂覆好的基板颜料的REM照片（MERCK）

图2：TiO2涂层的厚度决定了表面的颜色
（MERCK）

        光的干涉会反射在透明的薄膜材料上，所以在透明薄膜上可以观察到光的干涉。干涉是由光的叠加引起的，一般反射在层间的界面上并且是较低的那个界面上。

        颗粒大小对效果的影响
        效果颜料的颗粒大小对光泽度和不透明度有着很大的影响。在生产特殊效果颜料母粒时这是一个非常重要的考虑因素（图１）。
        在合成颜料或者是将其分散在塑料中时，颜料颗粒必须是最小的且可以很均匀的分散在高聚物的熔融物中。
        分散过程通过三步工艺来实现。这三步工艺是润湿、打散和颜料的分散，可以在混合设备里连续进行或同时进行。
        对于普通颜料来说，设备具有高的混合和分散的效率是非常重要的，但是对于效果颜料的分散来说这只是很小的一个影响因素。由于效果颜料的薄基板非常脆弱，一个基板加固的工艺是必须的，但这样往往会大大减小颗粒的粒径而势必导致光泽度的损失。颜料分析图图３通过对母料Iriodin 355和7215的分析说明了这种关联。对效果颜料来说，必须牢记“尽可能的轻柔和密集。”

        机械技术
        色母料一般是在常规的带有平剪切翼的双螺杆挤出机上生产的。但生产特殊效果颜料母料的机械设备与此非常的不同。
        特殊效果颜料一个很大的特征就是易碎且堆密度小。这就需要生产设备要有具有高吞吐率的大的混合容器，混合和均匀打散的效率要高，但是又不能太过密集的进行。这样才能避免弄碎高敏感度的效果颜料。
        混合体积，也称自由体积由双螺杆挤出机的螺杆外径和内径比Do/Di决定。为了提供一个高效率的设备，设备制造商需寻找一个最佳的Do/Di值以求获得最佳的打散效果和最大的吞吐量。

图3：颗粒分布：过高的分散度导致了光泽
的损失（MERCK）

图4：螺桨的外内径Do/Di于分散效果的
关系图（Coperion）

        将颗粒打散的剪应力τ由物料的粘度η和剪切速率γ来决定（τ=η*γ[N/mm2]）。剪切速度可以通过螺杆沿壁的圆周速度v除以沿着螺杆剪切翼的最大填充高度h得到（图4）。
        在粘度不变的条件下，可以得到以下的关系：
        剪切翼插入越深，也就是h越大，剪切速率γ和剪切力越小，即得到的效果颜料越柔和。
        对于将侧重点放在自由容积的工艺过程来说， Werner&Pfleiderer 公司推荐2001年推出的ZSK MEGAvolume 系列双螺杆挤出机。该系列设备的Do/Di值可以达到1.80，扭矩为8.7Nm/cm3。
        目前，可以通过详细的优化传动链，包合齿轮箱，安全化离合器，优化螺杆轴/元件齿进一步改进设备。新型的ZSK MEGAvolume 加系列设备的特殊扭矩Md/a3已经改进了30% ，达到了11.3 Nm/cm3。（图5）
        除了极佳的混合效果，该设备还可以做到“自洁净”。由于剪切翼之间可以互相清洁，所以残留在设备内的产品残渣也很少。这样就可以做到产品的迅速更换。

        特殊效果颜料母料的生产
        对于合成特殊效果颜料母料来说，需要用到一个特殊的工艺叫分离-喂料工艺。相对预混料（所有的组分提前混合在一起）工艺来说，分离-喂料具有更高的性价比。
        在预混料阶段，所有的组分都要过高聚物熔化炉。在这里，不仅被熔融的高聚物，就是性质敏感的效果颜料也要忍受极端的剪应力。而对于分-添加工艺，则是先熔融高聚物，然后比较温和的将效果颜料添加到熔融高聚物的下游来混合。

图5：新的76MEGAvolume 加型设备其
Do/Di＝1.80，扭距Md/a3为11.3（Coperion）

图6：分步添加法生产效果颜料母料的工艺流程图

        图6是一个长度为40-44D的传统工艺的示意图。
        效果颜料有时候会和分散助剂一起通过一个或两个双螺杆侧斗(ZS-Bs)来添加。对于特别易碎的效果颜料来说，通过第二个侧斗添加到第一个的下游来说会更好，因为这样可以减少其在设备中的停留时间。造粒一般是通过链式造粒机来进行。
        在生产特殊效果颜料母料时，所有的透明聚合物（如PE、PP、PS、PC、PMMA、PA、PET和ABS）都可以使用。因为聚合物的透明度会影响到产品的光泽度，所以必须考虑这点即聚合物的密度越大透明度就会越差。PE-LD相对PE-HD更适合做这种载体。
        添加剂的选择也很重要。不透明颜料如TiO2或矿物填料如白垩土或滑石粉，会导致产品的光泽度变差。另一方面，透明的颜料或白炭黑的加入可以使得产品的光泽更加夺目。就添加白炭黑来说，只要添加量为聚合物量的0.01%就已足够。
        通常特殊效果颜料母料的浓度大约是20%到50%。在实际应用中，会根据墙体厚度和所需达到的效果将它们稀释到0.5%到2%后再来使用。
        为了获得最佳的光泽度，充分分散是必须的，也就是说颜料颗粒要均匀分散在聚合物母液中且要尽可能的平行分布。粒径的大小对于效果颜料的分散有着很重要的影响。粒径要尽可能的小即要小于等于2mm。