我国涂料行业常用颜料及应用

我国涂料行业常用颜料及应用

对于不同行业的客户来说，涂料种类的花和色是完美的。每年要使用大量的着色颜料、防锈颜料、体质颜料和特殊颜料,红、黄、蓝、白、黑、绿,多彩缤纷,既有无机颜料,又有有机颜料;有天然颜料,也有合成颜料。实践证明,除树脂合成技术及品质决定涂料质量外,颜料的选择和使用是提升涂料品质,满足多个领域客户要求的关键问题之一。笔者对我国涂料行业使用面广、量大的无机颜料,特别是对钛白粉、铅铬系颜料、氧化铁系颜料这三大类产品作一概述,介绍其现状特别是品质现状及与国际先进水平的差距,并提出一些建议和想法。1中国有机材料的质量状况与主要差异1.1汽车用颜料的性能要求颜料在涂料中是主要原材料,以无机颜料为主,其中钛白占首位,也用一些耐候性优异的有机颜料,特别是红、蓝色颜料等。涂料对颜料的品质要求随涂料品种、使用要求不同而有差异,一般而言,品质优异的涂料用颜料应具备以下各种性能:(1)良好的分散性。在制造涂料时颜料能很好分散到涂料基料中,研磨分散时能较快达到所要求的细度标准。涂料在贮藏过程中不易再集聚、沉底,制成的漆膜外观平整光滑;(2)优良的耐光性及耐候性。经过表面处理的金红石型钛白和铬黄、钼铬红均具有较好的耐候性;(3)优良的耐热性。特别是高温烘烤漆,烘烤后不能变色,耐高温涂料必须使用耐高温无机颜料;(4)耐溶剂性。无机颜料绝大部分没有问题,耐溶剂差的有机颜料在强溶剂中要溶解、渗色;(5)耐酸性、耐碱性。有些颜料不耐酸,不能用在接触酸性介质的环境;有些颜料不耐碱,不能用在接触碱性物质的场合;(6)耐其它化学品。有些涂料用于防腐蚀及接触某些化学品,必须保证颜料也要适应该环境;(7)颜料的混用性。有些颜料比重相差太大,在涂料中常出现分层,漆膜浮色、发花;有些颜料相互发生化学反应,不宜混用;(8)颜料的毒性。含铅、汞、镉等重金属的颜料不能用于配制玩具漆等。出口的机械设备、工程机械等对涂料的毒性、对环保要求十分严格,特别是出口到欧美、日本等发达国家产品所用的涂料,严禁使用含重金属颜料。汽车用涂料,尤其是高级轿车面漆对颜料的品质要求特别严格,外观要求美观、丰满、长时间日晒雨淋不变色、不失光,要有优异的遮盖力、耐水、耐溶剂性及耐烘烤性等,汽车用颜料的品质代表了颜料品种的最高水平。卷钢涂料要求耐腐蚀、耐粉化、耐热、耐化学品、防火、防潮湿等,对选用颜料也有相应的要求。此外,航空航天、军工、车辆、建筑、船舶、防腐、各种金属表面涂料、防火漆、耐高温漆、荧光漆等对使用颜料的品质都有不同的要求。1.2国产无机颜料与国外知名品牌产品对比分析和我国涂料工业相似,虽然我国已经成为世界无机颜料的制造中心和消费大国,但是和世界先进水平相比,我们还没有成为无机颜料制造强国,差距还很大。业内人士认为,目前我国各类无机颜料普遍存在技术水平低、低档产品过剩而高档产品严重不足的现象。虽然我国许多颜料品种在数量上在全球市场占有较大份额,但由于产品质量和品种规格与国外知名品牌产品对比尚有较大差距,缺乏竞争力,技术含量低。附加值低,我国颜料企业的利润较低。笔者在天津灯塔涂料从事生产、研发和技术管理工作近40年,并在中日合资汽车漆生产厂和日本关西涂料专家共事8年,生产轿车用OEM汽车漆。深深地体会到,国产无机颜料只能在中、低档涂料中应用,由于品质上的差距,在汽车、船舶、集装箱、航空航天、工程机械、铁路桥梁、重点工程、特种涂料等高端产品中使用得较少,特别是要求高装饰、耐久性好、防腐蚀性能好的外用涂料。经过试验、筛选,不得不使用进口颜料、国际知名品牌产品,但同类进口颜料价格要比国产的贵得多。此外,国产无机颜料大多为通用型,品种少天津灯塔涂料有限公司生产颜料也有半个多世纪了,然而,技术装备落后,物耗能耗高,产品档次不高,结构不合理,生产规模不大,不能节约生产、清洁生产、安全生产,经济效益低下。和国际一流的颜料制造商无法相比,下面以钛白、铬系颜料、氧化铁系颜料为例,分别介绍。1.2.1钛白粉1.2.1.我国钛白粉产品品质与产品质量现状涂料对钛白粉品质要求主要是耐候性、遮盖力、分散性、白度、光泽等。色漆中所用的颜料以无机颜料为主,钛白粉占首位。据报道,我国钛白粉生产厂除攀钢锦州钛业公司为氯化法外,其余均采用硫酸法。长期以来,我国硫酸法钛白粉生产技术差异不大,工艺类似,产品同质化现象比较严重,大多是中低档通用型产品。近几年来,通过与科研院所、大专院校产学研合作,采用新技术、新工艺,提高了技术水平,并加快了产品结构调整步伐,集中力量对市场前景好、技术含量高的产品进行研制和开发,在提高产品档次和附加值等方面取得了一些进步。如山东东佳集团的SR-236、攀钢集团重庆钛业的R-244、中核华原钛白粉的R-215、济南裕兴化工的R-818、锦州钛业的CR-501、江苏太白的ZR-940、ZR-960和攀钢集团钛业的PTA-120等产品代表了我国钛白行业产品的新水平。此外,一些企业正在研制开发金红石型水性涂料钛白和塑料级专用品种,我国钛白粉行业的品种结构正在向多样化、高尖端产品发展。目前,国内金红石型钛白粉生产厂家已超过10家,质量不断提高,其中攀钢集团重庆钛业、中核华原、济南裕兴、江苏太白、攀钢锦州钛业、南京钛白、山东东佳金虹公司的产品品质均处于行业领先水平。应该清醒地看到,由于资金、技术、产品竞争力等因素的制约,我国金红石型产品的发展仍然滞后,远远不能满足涂料工业发展的要求,与国际上85%～90%为金红石型钛白粉比例相比差距很大。1.2.1.国内外钛白粉质量指标的对比试验作为钛白粉的主要用户在关注技术标准的同时,更关注标准中没有列出的产品的关键性指标、品质的稳定性、产品适应性、配套兼容性、耐久性和环保安全性等,用户满意度是衡量产品品质的重要标准。与国际先进水平的主要差距如下:(1)关于钛白的品种分类及标准产品标准是使用者关注的问题之一,但是用户更注重产品的实际应用。二氧化钛现行国家标准:GB1706-1993《二氧化钛颜料》;现版国际标准:IS0591-1:2000《色漆用二氧化钛颜料一第1部分:规格和试验方法》。现行国家标准已被修订,2003年完成报批。现行的国际标准IS0591-1将涂料用钛白分为金红石型和锐钦型两大类,五个等级。全世界35家主要钛白生产商推出了600多个牌号,用于涂料的有375个,占62.5%。375个牌号中,金红石型占77%,锐钦型占23%,R型钛白粉占绝对优势。未处理的锐钛型、处理的锐钛型及未处理的金红石型三个等级的实际用量只占涂料用钛白总量的1%。这说明国外涂料工业基本上不用锐钛型钛白和未处理的金红石型钛白。笔者在中日合资汽车漆生产厂和日本关西合作8a,汽车漆用电泳底漆、中涂层、面漆等几乎全部使用日本石原、帝国等制造商提供的金红石型钛白粉。面漆用钛白粉对耐候性要求更高,价格更贵。日本根据表面处理剂成分和二氧化钛含量来分类(JISK5116-1973),不处理的锐钛型为1类,用Al、Si处理的为2类,用Al、Si、Zn或Al、Si处理的为3类,用Al、Si处理、TiO2含量82%以上的为4类。而美国则根据耐久性来分类,分为:I类,易粉化的锐钛型(TiO2含量94%以上);Ⅱ类,中等抗粉化的金红石型(TiO2含量92%以上);Ⅲ类,中等抗粉化的金红石型(TiO2含量80%以上);Ⅲ类,高抗粉化的金红石型(TiO2含量80%以上),适用于有优异耐久性和保光性的外用涂料。著名制造厂的产品样本,除列出该公司参照的国际标准或本国标准外,还列出了每个牌号和实际应用性能有关的多项质量指标,以及每个牌号的适用范围、业绩、使用指导及建议等,这正是涂料厂家实际需要的内容,涂料制造商可以通过试验论证,选择使用多种用途的钛白,节省时间,少走弯路。众所周知,国外著名品牌的企业标准才是品质的最高标准。(2)与国际先进水平品质T方面的主要差距国产钛白粉因质量原因不能满足涂料高端市场和特种涂料等要求,很难进入国内外高档钛白粉市场。目前,高档市场被杜邦、美礼联、科美基、石原等世界大生产商垄断。主要差距在:国外企业以光学性能好、遮盖力、消色力、耐候性、分散性优异的金红石型钛白粉为主,其中又以经过表面处理的钛白粉居多,并有各种专用钛白粉产品。国内产品难以保证,高档钛白粉暂时还要依赖进口。涂料是钛白粉大用户,根据各行各业和不同涂料用户的要求以及国内外钛白市场质量价格和变化,几十年来钛白粉的应用试验从未间断过。2006年,为了保证产品质量,降低成本,提高经济效益,笔者曾对出口到香港的白胶玉磁漆等品种所用的钛白粉重新进行筛选,以达到性价比更加合理的目的。选用了14种国内外钛白粉用同一配方进行制漆试验,重点考核分散性、光泽、耐粉化性、耐候性等,设想价位较低的国产R型钛白粉替代价位较高的进口R型钛白粉。试验结果表明,国产R型钛白粉目前仍未达到国际先进水平,特别是耐粉化性、耐候性见表1。外购或使用国外知名企业的产品。虽然铅铬黄含重金属铅,随着环保要求越来越高,玩具漆、铅笔漆、出口仪器、机械用漆等严禁使用含铅颜料,但是由于其性能和价格方面的优势,有机黄颜料、钒酸铋颜料等暂时在我国还不能完全代替它,在涂料行业铅铬黄将继续占有市场。我国仍然是铅铬系颜料的主要消费市场,是世界铅铬系颜料低档及初级产品的重要贡献者。据报道,近年来我国铅铬系颜料企业加大了技术进步的步伐,纷纷采用新技术、新工艺,集中力量对市场前景好、技术含量高、附加值高的产品进行研究和开发,不断提升产品的档次和附加值。同时,进一步贴近市场和用户,从过去注重检测产品通用指标,到现在重视产品的适用性、实用性、耐久性等用户所追求的品质要求,以满足顾客需求,让用户满意。1.2.2.铅铬黄颜料用总体而言,由于技术水平不高,特别是表面处理技术的应用差距很大,难以生产出高档次、高品质产品,经济效益也很低。铅铬黄颜料可以用二氧化硅或锑化合物、稀土化合物进行表面处理,提高其耐光、耐热和化学稳定性。笔者曾在合资企业使用过汽巴精化公司产品的铅黄颜料,价格在50～60元/kg左右,是国产产品的几倍。实践表明,经表面处理过的无机铅铬系黄颜料(康纳铬黄GMX-15-SQ、GMXH-25-SQ、1.2.2铬系颜料1.2.2.汽巴精化的铅铬红铅铬黄颜料色泽鲜艳纯正,遮盖力强,黄色色谱齐全,绿色又多以铬黄同蓝色颜料配制而成,用途很广。经过表面处理的铬黄耐候性可提高至4～5级,有些品种已用在耐晒要求很高的汽车、工程机械上。天津灯塔涂料现用黄、绿色颜料仍然是以铅铬黄、铅铬绿为主,其用量仅次于钛白粉。灯塔涂料铅铬黄用量约350t/a、铅铬绿300t/a、钼红100t/a左右,主要使用本厂产品,使用在各类涂料产品和各个领域,基本上能满足中、低档产品和一般用户的要求。需要特殊功能的黄、绿色颜料及有机颜料需GMXH-35-SQ和GMXH-45-SQ等,号码越小代表绿光越大,号码越大代表红光越大),耐光性能达到蓝羊毛尺8级,耐候性达到灰尺4级,耐二氧化硫、耐溶剂。汽巴精化的钼铬红(AAH-3-SQ,MLH-75-SQ等)有很好的遮盖力,容易分散,耐候性和色饱和度都很高,能满足微型轿车、卡车、工程机械等要求。为了给卡车配套黄色涂料,用户要求价廉物美。笔者曾用国产铅铬黄和韩国、德国、荷兰、汽巴精化等不同产地的产品制漆试验,结果表明,国产铅铬黄经紫外线照射2h后,严重失光和变色,而进口产品基本上不失光、不变色,为了保证质量满足汽车厂的品质要求,我们不得不使用进口名牌产品。值得可喜的是,国内铬系颜料生产企业包括国有、民营、合资等多种所有制企业,通过技术引进,自主创新,加快了新技术、新产品开发和推广应用的步伐,对易分散、耐温、耐候、高着色强度等进行研究,形成自主核心技术,不断提升企业的核心竞争力,已经取得了一些成效。重庆江南化工有限责任公司和日本菊池色素株式会社合资建立了重庆菊池化工有限公司采,用日本技术生产高光泽、高耐光性的包膜铅铬黄和钼铬红,产量达到3500t。用重庆菊池生产的钼铬红和汽巴精化、美国产品制成的丙烯酸聚氨酯漆、氨基烘烤漆进行对比,在保色、保光等方面均达到国外先进水平,已正式在汽车漆、大桥漆、工程机械漆中使用。江苏双乐化工颜料有限公司、江苏泰州中建实业公司等也生产包膜铅铬黄、钼铬红,经过试验筛选,耐高温、耐光铅铬黄已经成功地用于环氧防腐漆中,制成的涂层有较好的耐碱、耐酸、耐化学药品性能,达到用户的品质要求。铅铬系黄颜料暂时还不会退出市场。但是,随着环保要求进一步严格,总有一天会被淘汰。各国科学家正致力于这方面的研究,找到更合适的代用品,现在这些代用品的价格远远高于铬系颜料,涂料用户接受比较困难。1.2.3氧化铁系颜料1.2.3.氧化铁系涂料在钢结构防腐底漆和面漆中大量使用氧化铁红。天津灯塔涂料有限公司使用铁红约500t/a,用于各种防锈底漆和面漆也使用云母氧化铁、铁黄、铁黑、透明氧化铁红、透明氧化铁黑等生产各种用途的涂料。和铅铬黄一样,天津灯塔涂料有限公司基本上使用自己生产的氧化铁系颜料,一般能满足中、低档涂料品质要求。云母氧化铁和透明氧化铁红、铁黑等需要外购,甚至进口。1.2.3.国外氧化铁品质主要表现为现在,我国氧化铁行业跟国外先进水平相比还有相当大的差距。国际著名氧化铁公司生产向大型化、高度自动化、精细化发展,检测水平和工艺控制能力极高,最先进的企业已实现网络、远程控制。虽然我国氧化铁系颜料2006年产量已达到68.52万t,但品种单一,质量档次不高,有竞争力、有品牌影响力的产品甚少。初级品、大路货产品充满市场,而高档、具有特殊功能的微细化、颗粒化、色浆化、无毒、耐热型品种很少,高技术含量、高性能、高附加值的新材料发展缓慢,导致企业低成本、低价格、低效益、低水平运营,企业后劲不足。虽然我国氧化铁产品在产量上跃居前列,但产品档次及质量与世界著名制造商还有较大差距,企业科技投入不足,自主开发能力弱,各类高档品的专利权和新品均掌握在国外著名企业手中。国外氧化铁行业始终以最大限度地满足客户需要为目标,不断拓展应用领域,朝着多功能的方向发展新品种,这就是我们和国外先进水平的最大差距。中国涂料产业的飞速发展对铁系颜料提出了更高、更新的要求。如需要低吸油量、高强度;通过加工或添加助剂后易分散、难沉淀、耐高温、耐腐蚀等。2世界平均颜料生产中心涂料工业的高速发展给颜料工业带来了机遇和挑战。我国将成为世界无机颜料制造中心,与涂料一样,是仅次于美国的世界第二大生产国。然而,我们是世界涂料、颜料生产大国,而不是强国,离世界强国差距甚远。笔者建议重点抓好以下工作:3.1产品的质量要求应该稳定和提高产品质量,改善产品性能,特别是用户关注的关键性能和指标、品质的稳定性、环保