中國新型涂料網(wǎng)訊：
珠光顏料的基本原理
珠光顏料主要類型有：天然魚鱗珠光顏料、氯氧化鉍結晶珠光顏料、云母涂覆珠光顏料。
應用最為普遍的是氧化物涂蓋云母片珠光顏料。它們是極薄的云母片，表面覆蓋著薄薄的二氧化鈦、氧化鈦、或者其他金屬氧化物。云母的尺寸從4微米到120微米，厚度約為0.5微米。
珠光顏料依據(jù)鏡面效應反射光線，因此在反射角可以看到干涉色，而在散射角度反向，由于部分光線穿過了表面涂層，干涉色的互補色仍然可以看到。例如：一個干涉紅色的珠光顏料，在反射角可以看到紅色 ，而在散射角度則可以看到綠色。白色珠光顏料在反射角為白色，而在散射角就會透露出基材的顏色，或者書著色劑的顏色。
顏色有富有層次立體感和因不同角度觀察有不同的顏色效果等特性，像在鏡面一樣，在最表面一層被反射，因此不具有珠光顏料多層反射的立體深度效果 。當某種吸光顏料加入到珠光顏料時 ，由于珠光顏料本身是透明的，允許光線穿透并到達吸光顏料，再被反射，所以吸光顏料的顏色由此而來被加強，更加明亮。如果把吸光顏料加到金屬顏料中，由于金屬顏料本身不透明，光線不能穿過金屬片而到達顏料 ，因此顏色減弱。例如用鋁粉，其本身是灰色，吸光顏料的顏色因此變?yōu)榘档幕疑�，如同泥漿一般。
金屬顏料在形狀和尺寸上同珠光顏料相近。依鏡面原理反射光線，即光線從45°角入射，再以45°角反射 。隨著觀察角度增大 ，反射光線減弱顏色變暗 。當你在不同的角度觀察金屬顏料涂層時 ，顏色只有深淺的變化，不會像珠光顏料那樣有不同的顏色變化。
（箭頭向上為反射色，向下為透過色）
圖1 珠光顏料的彩色相
金屬氧化物涂蓋的云母片表面十分小，因此具有良好的多重光光反射性能、而且具有透明性 。這意味著光線中只有一部分波長被表面涂層反射，其余部分的光線穿過層表面涂層到達云母片及下一層，不同波長繼續(xù)被反射，結果形成了許多層面的多次反射。令眼睛很難在某一層面上聚焦，并由此而來而建立起光反射的深度。所以可看到一種奇妙的有深度的閃亮光澤，我們稱之為“珠光”。
此外，某類有二氧化鈦涂蓋的珠光顏料，能通過光干涉現(xiàn)象而得到比較特別的顏色。來自不同薄片層的反射光線，互相干涉而形成特別的顏色，就如同水面上的油層或肥皂泡表面的色彩一樣。稱之為干涉色。
每一種珠光顏色均由云母片上的二氧化鈦涂層的厚度所決定。白色珠光是由最薄的二氧化鈦層反射形成的，隨著涂層厚度的增加，反射光分別呈白、黃、金、紅、藍、綠。
氧化鐵涂層除了它本身的顏色以外，也具有以上的性能 。青銅色由三氧化二鐵吸收黃色光而形成 ，而干涉黃色是由三氧化二鐵的厚度產(chǎn)生。用同樣的道理可得出紅銅色、紅色等。
表1為云母鈦珠光顏料二氧化鈦多晶膜的幾何厚度、光學厚度與其干涉色之間的關系包覆于云母薄片之上的二氧化鈦的光學厚度與幾何厚度之間存在如下關系：
幾何厚度=光學厚度／折射率
二氧化鈦的折射率，銳鈦型為2．52；金紅石型為 2．71。
表1 珠光顏料二氧化鈦膜厚與色相
珠光顏料二氧化鈦膜厚與色相">
圖2為不同厚度的云母薄片其二氧化鈦附著率 與反射色相之間的關系。
圖2 二氧化鈦附著率與云母薄片厚度的關系
珠光顏料的顏色與基材底色有關。在白色的基材上，任何角度都可以看到透射光，干涉色是不明顯的 。若是在黑色或深色基材上，透射光被基材吸收，在反射角上干涉色就變的強烈了。
外觀
當珠光顏料被應用到涂料中之后，有以下幾個因素會影響涂層的整體光澤和外觀：顏料晶片的定向排列 、粒徑、珠光顏料的用量、以及漆膜本身的透明性。
一 定向排列
只有在顏料片均勻的平行排列于基材表面時，才能達到最大的光反射和透明。在漆膜干燥時，通過控制漆膜的受挫和流平來達到這種效果。
如圖：表明了不同基材的三種漆膜的干燥收縮過程。
漆膜的固含量越低，在干燥過程中，收縮性越高。漆膜收縮由此而改變了顏料片在基材上的定向排列。
良好的顏料分散、在配方中使用慢揮發(fā)容劑、延長干燥時間或采用階梯烘烤都能獲得較好的顏料定向排列，取得最大的光澤效果。
定向排列是否均勻也是影響外觀的一個因素 。排列不均勻或積聚都會形成顏色深淺不一，像補丁一樣。
這種現(xiàn)象通常在大而平的區(qū)域會看到地，由于顏料片堆積在邊緣部分而形成暗色區(qū)。這個問題普遍存在于所有片壯顏料中，包括金屬顏料。
形成以上現(xiàn)象的原因有幾種，最主要的原因是顏料流動、漂移和溶劑揮發(fā)引起的對流。顏料的流動問題可以通過改善分散狀況來解決 ，我們稍后回討論。
溶劑揮發(fā)產(chǎn)生對流，并使漆膜表面降溫，溶劑及熱量的揮發(fā)是漆膜形成流動，把顏料片推向邊緣。如圖：
以上都是高分子量的助劑。在油漆干燥和烘烤時可以增加油漆的粘度。這種因分子間牛頓力的作用而造成的粘度提高，可以阻止因溶劑揮發(fā)對流而形成的顏料片傾斜，但又不會妨礙顏料片在漆膜收縮時的定向排列。
觸變劑的效果不太理想，因為它們會使粘度在噴漆后增加太快，幾乎凍結了顏料片的無序排列，使得它們不能流動和作平行排列。
二 粒徑
珠光顏料有不同的粒徑分布范圍。粒徑的不同會影響油漆的光澤 、遮蓋力和外觀。
顏料片的粒徑增大 ，閃光度就會增加 。最理想的粒徑分布是5微米-48微米，我們稱這個粒徑范圍作Z級或“超級”。
三 珠光顏料用量
適當?shù)闹楣忸伭嫌昧靠梢赃_到理想的顏色效果和遮蓋力出。過量的使用珠光顏料對外觀并無好處。因為顏料片相互擁擠 ，妨礙各自的定向排列，反而降低了光澤。
另外一個因素是邊緣效應。所謂的邊緣效應是指在顏料片的邊緣部分光線散射，光線的發(fā)散導致顏色發(fā)白和光澤降低。
最好的珠光粉用量是油漆總固量的10 - 20 % 。 而少量的珠光顏料能造出柔和及細致的感覺 。有時 ，在有顏色的基材上使用少量的珠光顏料（ 1-1．5%）亦能獲得良好的珠光效果。
四 漆膜透明度
鑒于珠光顏料的光學特性 ，令光線暢通無阻的進出漆膜是十分重要的。因此播，任何不透明的或者會降低光線透射的顏料或添加劑都會使光線發(fā)散、從而減弱珠光效果，例如二氧化鈦、碳酸鈣和滑石粉等都避免與珠光顏料同時使用。
顏色
一 概述
調(diào)配顏色時話 ，應充分利用珠光顏料的透明性。珠光顏料可以與普通顏料結合使用，從而創(chuàng)造出各種各樣色彩鮮艷、色品純度高的顏色。事實上，人們常用珠光顏料結合其他顏料結合其他顏料來增強視覺效果。一些透明度高的有機顏料，如鈦青藍、鈦青綠、奎丫啶紅等，配合珠光顏料可以創(chuàng)造出非常明亮鮮艷的顏色。同時，當珠光顏料有很好的排列時，反射光的顏色會更強烈，而散射光的顏色就相對減弱很多了。在較薄的漆面里，這種顏色鮮艷的效果就會更加明顯。
要注意的是：混合兩種珠光色與混合兩鐘普通顏色的概念完全不同。對一般顏料來說，每種顏色會吸收其互補；但珠光色則會將互補色加到總題顏色效果上去。例如：普通的紅色加上綠色就會得到黑色，但家干擾色類的珠光紅加上干擾色類的珠光綠就會得出一個珠光黃色，而且這個黃色會很弱。故此，我們不建議將兩種干擾色珠光顏料混合，但可將一種干擾色珠光色與單純的白色珠光混合來配制顏色。
調(diào)配珠光色時，應盡量避免用太多的著色劑，因為過量的吸光性顏色會在反射角遮蓋珠光色。
二 調(diào)配顏色
珠光漆的顯著特點就是漆膜顏色隨觀察角度而改變。當調(diào)和一個漆時，其顏色應分為兩部分：正視角或反射角顏色；射角或散射角顏色。以下介紹配制珠光色的幾個步驟：
1. 干涉色珠光顏料
基于它們特殊的光學性能，可以將涂層顏色分為兩部分：正視角顏色（占大部分）和射角顏色（占小部分）。所以，當配合一般顏色時，如鈦青藍、鈦青綠和奎叨紅等，著些顏色就成了涂層的主要顏色。
2． 吸收光珠光顏料
吸收色，既有干涉色效果又有吸收光顏色效果，它們使涂層顏色在正視角呈干涉珠光色，而在掠射角呈普通吸收光顏料的顏色。
例如，要調(diào)一個正視角為紅色的紫/藍色，就要用鈦青藍作主基調(diào)，再用超高紅光來提供正視角的紅色，得出來的顏色便是紫色帶紅色，如果用超級銹紅代替超高光紅的話，便得出棕色。因為超級銹紅是氧化鐵涂覆云母而成，正視角呈紅色，而掠射角呈棕色。
超級銹紅正視角的紅色，提供給涂層一個高光紅的效果，而它的吸收紅色，則與鈦青藍混合了，藍色加紅色就成了棕色。
如果要調(diào)配一個金屬紅色，配方要一奎叨紅作主基調(diào)，再利用超級銹紅的兩個不同角度（正視角及掠射角）紅色，來加強涂層的紅色效果。吸收光珠光顏料通常用來調(diào)配有深度的、色彩強烈的顏色，其正視角及掠射角顏色一致。例如深綠色，金屬紅色都可以這樣調(diào)出來。
三 遮蓋力
珠光顏料的透明性對調(diào)色有一個弊端就是遮蓋力弱。不過，我們可以在配方中加入遮蓋力稍強的顏料。
在配方中有幾個方法可以提高遮蓋力：
1．粒徑細的珠光粉可以提高遮蓋力，不過其珠光效果是較柔和的緞面效果，而閃爍效果就不明顯了。要得到理想的珠光效果和遮蓋力，可以用較細的珠光粉來代替一部分粗的珠光粉。
2．基于金屬粉的不透明性，也可以將其加入油漆中以提高遮蓋力，如鋁登、銅粉等，通常用量是珠光顏料的5-10%。
3．調(diào)配深顏色時，少量的碳黑可以提供很好的遮蓋力，加入黑色可以提高珠光的反射色。
4．調(diào)配淺色時，使用二氧化鈦對提高遮蓋力也有很好的幫助。不過珠光效果會因此而減弱，所以要用二氧化鈦，就要家大珠光顏料的用量，以加強反射光顏色，而二氧化鈦的用量則以最少而又剛夠應付遮蓋力為妙。
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分散
油漆性能好壞的關鍵是顏料要有良好的潤濕和分散，防止顏料聚集。潤濕的過程就是使?jié)櫇裰鷦┌伭媳砻�，使其與空氣和水份分開。這個過程可以通過斥電子或空間位阻機理來完成。
使用離子型表面活性劑，可以使陽離子或陰離子吸附到顏料表面，當極性化了的顏料粒子碰到一塊時，會互相排斥，從而使顏料分散系統(tǒng)穩(wěn)定。
用來加強空間位阻的穩(wěn)定劑應該是可以將其整結構附著在顏料表面，形成一個防止顏料片聚集的吸附層。這類穩(wěn)定劑包括有聚合分散劑、非離子型表面活性劑和聚合樹脂。雖然有的時候，單獨使用聚合樹脂并不足以充分潤濕顏料，但它們可以與油漆系統(tǒng)中的樹脂交聯(lián)，將顏料片很好的包埋在油漆系統(tǒng)里，使得油漆的整個生命期有最佳的性能表現(xiàn)。基于這一點我們還是愿意選擇聚合樹脂。在油性系統(tǒng)里，大多選用空間位阻的潤濕機理；而在水性系統(tǒng)里，斥電子和空間位阻都會用到。
珠光顏料可以用普通的攪拌器分散，跟金屬粉相似。正確的攪拌方法應該是：將珠光粉加到一個正在用低剪切力、軸流式攪拌器攪拌著的載體中。顏料不可以一次全部倒入，應漸次倒入。當先加入的部分已充分潤濕時，即可繼續(xù)添加，直至全部潤濕。最后還要繼續(xù)攪拌15分鐘，使顏料得到更好的分散。
可以用軸向旋轉的齒型攪拌器（Cowles式）混合，顏料的用量應低于25%，速度應不超過2000ft/分。在攪拌過程中，攪拌漿的高度民主應作不同的改變，以防止在攪拌漿正下方的死角攪拌不勻。
除了以上的方法外，還可以先將顏料在相容的溶劑中潤濕，再將它加入到載體中去；或者是先將顏料加入到一部分載體中形成濃縮液，再將它與剩余的載體混合均勻。
為了避免顏料片碎裂，或金屬氧化物從云母片表層脫落，應盡量避免使用高剪切力的攪拌器，如球磨機等。通常，珠光顏料應在其他成分完全混合均勻以后再加入。
顏料的不完全分散會導致油漆顏色牢固度減低、流變性差、外觀有差異、性能差等毛病。油漆里的顏料分散可以直接的用顯微鏡來鑒定，或者是通過測定珠光顏料的沉降速度及沉淀體積來鑒定。
使用顯微鏡，可以直接的檢測顏料晶片是否聚集成團。通常油漆中顏料的濃度回提高，而妨礙我們準確的觀測其分散度，所以觀測前必須先在油漆中加入清漆或溶劑來降低顏料的濃度，但這樣做會改變油漆系統(tǒng)，使顏料X凝或分離，導致錯誤的結論。
用沉降法測定，則可以直接用待測油漆或經(jīng)改性但不含流變改性劑的待測油漆來測定。靜置幾天之后，慢沉降或不完全沉降以及最少的沉降體積均表示良好的分散程度。鑒定時還應考慮到包裝的軟硬度，因其與再分散有關。
放沉淀
正如其他無機顏料一樣，珠光顏料因其比重大于載體的比重，故此會沉淀在包裝罐底。在存儲過程中，珠光顏料晶片會一個挨一個地平躺，緊密地排在一起，把晶片間的載體擠出去。因為顏料晶片都有光滑的表面，所以它們可以很緊密的接觸及貼合，很難再次分散。
人們都不希望在油漆成品中出現(xiàn)顏料沉淀現(xiàn)象，那樣會導致顏色遷移、顏色牢固度差及品質(zhì)差。
有兩個方法可以減少顏料在油漆系統(tǒng)中的沉淀：
1．如前所述，通過良好的潤濕和分散來防止顏料聚集；
2．使顏料很好的懸浮在載體中。
載體中的懸浮力
良好的懸浮就是讓顏料晶片獨立在載體中，提供更多的阻力防止顏料沉淀。
提高油漆的粘度無疑是最容易的一個防沉方法。不過粘度受應用工藝要求的限制，可調(diào)整的范圍不大，而且提高粘度對長期儲存在硬包裝里的油漆的防沉作用不大。
另一個防沉方法是在載體中假如一些特殊助劑（防沉劑或觸變膠），如煙硅膠或有機粘土等，在體系中建立一個三維結構網(wǎng)，通過氫鍵做骨架連結載體、顏料及助劑本身，增加顏料和載體之間的締合作用，減低沉淀傾向。另外，黏土或硅膠粒子還會在顏料晶片之間形成一個栔形結構，從而組織晶片與晶片之間形成緊密的聚集，這樣，顏料就會很快又很容易被分散在載體中。
以上助劑的功效如何取決于溶劑和樹脂的類型。不同的系統(tǒng)可選用不同的助劑。通常在潤濕分散步驟就應加入這些助劑，以達到最佳效果。但是某些黏土和硅膠需要經(jīng)過高剪力或加熱處理，那就必須先進行這個預研磨操作，再加到珠光顏料中去。請一定要嚴格按產(chǎn)品說明書來進行操作。
使用過量的硅膠或黏土會減低油漆的透明度。如果是用在面漆的話，還會降低DOI（影像清晰度）和光澤度。特別是這些助劑沒有正確分散好的話，這種負面影響就更突出了。它們還會減弱涂層的防潮性，所以應通過試驗來決定其使用量，盡量控制在最小用量范圍內(nèi)。
可以將防沉劑與聚合劑結合使用。聚合分散劑與顏料表面偶聯(lián)，而防沉劑提供氫鍵做骨架，分散劑的分子結構比顏料有更多的位置與氫鍵結合，增強了顏料的防沉能力。
另一類型的助劑通過范德華力（Van der waals force）與載體相互作用而形成三維膠體結構來取代氫鍵。這類助劑就是經(jīng)過特殊有機處理的超細碳酸鈣。典型的產(chǎn)品有Lubrizol公司的Ircogel905，使用Ircogel905有一個好處就是可以在油漆生產(chǎn)過程中任何一個步驟加入此助劑。
總結
珠光是多姿多彩的，既有柔和的緞面光澤，又有閃爍星光，還有金屬光澤。依據(jù)以下三個原則進行配方，可達到最好的珠光效果：
1．加入適當份量的珠光顏料，以得到許多反射/透射面，從而產(chǎn)生良好的珠光效果。
2．量使顏料晶片作平行定向排列，以到達最好的鏡面反射；
3．漆膜要透明，以便光線出入自由，暢通無阻。
附圖一
漆膜收縮對顏料片排列的影響
1A （低固含量10-30%）涂料
1B （中固含量30-50%）涂料
1C （高固含量50-75%）涂料
附圖二
對流對顏料片排列的影響
一個使用珠光顏料的典型配方
樹脂 （以樹脂總固量為基準）
|
丙烯酸樹脂
|
50-70%
|
主要成分
|
|
聚脂樹脂/氨基酸樹脂
|
5-15%
|
柔韌性
|
|
三聚氰胺
|
25-35%
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交聯(lián)，鋼性
|
|
CAB
|
0-10%
|
流平，防下垂
|
顏料 （以顏料總量為基準）
|
1、藍色，綠色 P/B=15-25%
|
||
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珠光顏料
|
50-80%
|
光澤
|
|
太菁藍
|
10-30%
|
主色
|
|
太菁綠
|
10-30%
|
主色
|
|
0-5%
|
色度，遮蓋性
|
|
|
|
||
|
2、銀色 P/B=15-25%
|
||
|
珠光顏料
|
50-80%
|
光澤
|
|
鋁粉
|
10-30% |
金屬質(zhì)感，遮蓋性
|
|
有機顏料
|
10-30%
|
色度
|
|
炭黑
|
0-10%
|
色度，遮蓋性
|
|
|
||
|
3、紅色 P/B=25-35%
|
||
|
珠光顏料
|
50-70%
|
光澤
|
|
紅色
|
20-40%
|
主色
|
|
鋁粉
|
0-5%
|
金屬質(zhì)感，遮蓋性
|
|
氧化鐵
|
0-10%
|
色度，遮蓋性
|
|
炭黑
|
0-3%
|
色度，遮蓋性
|
溶劑 （以溶劑總量為準）
|
丁醇
|
5-10%
|
包裝穩(wěn)定性
|
|
甲苯
|
0-5%
|
主溶劑
|
|
丁基乙酸
|
0-10%
|
溶解性，相容性
|
|
芳香酸
|
10-20%
|
流平性
|
助劑 （以樹脂總量為準）
|
酸催化劑
|
1-5%
|
加速固化
|
|
紫外線穩(wěn)定劑
|
0-4%
|
增加耐侯性
|
|
其它
|
0-5%
|
按需要定
|
