鉻酸鉛的替代--老調重彈 歷程卻依舊漫長
表面處理網訊近年來由于顏料的毒性世界各地都在大幅減少鉻酸鉛的使用過去的十年間僅消費量就從2000年的90000噸減少了一半多然而由于鉻酸鉛的著色力高色彩鮮艷價格又很便宜具有很高的性價比完全替代鉻酸鉛依然遙遙無期在2015年5月最新通過的REACH法規附錄14中增加了可供選擇的替代方案
結論
替代鉻酸鉛具有挑戰性但從技術上來說是有可能實現的1:1完全替代顏料則不可能
選擇適當的有機顏料和無機顏料的拼混是明智的無機組分提供遮蓋力有機組分適宜調節著色強度色度和色調角
有機顏料決定了耐候性并能根據特殊需求進行調節
在近飽和色范圍內顏料預制劑可以實現1:1的替代這樣可以快速應用并且成本低廉
復合顏料技術可以提高色度這在配制高光亮顏色方面具有強大的潛能
替換鉻酸鉛會增加配方的成本這取決于每一個配方和色彩同樣還有期望得到的性能
鉻酸鉛應用于高光亮涂層中具有良好的遮蓋力實際上可供選擇的單一顏料遠遠無法準確地1:1替代鉻黃P.Y.34或者鉬鉻紅P.R.104顏料這樣的配方替換甚至對于經驗豐富的調色師都依然是一個挑戰顏料拼用是調色行業的潮流顏料拼用復合顏料以及顏料預制劑已經成功地應用于替代鉻酸鉛傳統復合顏料包括P.Y.74P.Y.83P.Y.139P.Y.151P.Y.154P.R.112和P.R.254這樣的有機顏料以及P.W.6P.Y.53P.Br.24和P.Y.184這樣的無機顏料這些拼用中無機顏料提供遮蓋力而有機顏料用于調節色調角色度和著色強度
單色顏料的色度和色調角
為了比較無機和有機顏料的特性進行了5%的著色這個程度對于有機顏料來講是有代表性的而對無機顏料來說就太低了在這種測試（2C型丙烯酸樹酯）方式中濕膜厚度為500μm可以對遮蓋力進行比較標記色度時單一顏料在色彩空間中的位置不同而色調角則不然（圖1）
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鉻酸鉛在有機顏料水平有色度標識除了釩酸鉍之外無機彩色顏料P.Br.24P.Y.53和鈦白粉由于低色度無法在表1中顯示）處于較低的標記水平相比而言RAL信號黃RAL1003交通黃RAL1023交通紅RAL3020和火焰紅RAL3000人們喜歡用鉻酸鉛調配）均有顯示研究發現這些RAL顏料的色度都弱于有機顏料和單獨的鉻酸鉛
顏料的遮蓋力和著色強度
眾所周知涂層的遮蓋力取決于無機顏料（遠勝于有機顏料）在某些情況下并不完全依賴于顏料自身的遮蓋力如表1所示同樣的著色水平做對比某些特定的有機顏料也表現出良好的遮蓋力
但是無機顏料的吸油量較低可用于高顏料濃縮物這一點也可以通過顏料含量最高的商品化色漿反映出來相應的在實際使用中較高的著色能力也意味著較高的不透明性
正如表2所示如果除去釩酸鉍P.Y.184或鉻酸鉛這些特例可以看出典型的有機顏料的著色強度比無機顏料要高因此有機顏料可以完美地補償顏料拼用中遮蓋型無機顏料的著色強度缺陷這可以用鉻酸鉛顏料來模擬
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無機顏料和有機顏料拼用
既然不能用單一的顏料1:1替代鉻酸鉛為了組合三個不同參數（色度C*色調角h°和遮蓋力CR）需要專門對配方進行改良這些參數有些部分是相互抵觸的通過這種方式可在很大程度上符合鉛顏料的三個參數
對于大多數閃光型近飽和色的工業涂層來說這個過程必須得到重視通常情況下只是通過無機顏料和有機顏料的快速拼用來改進配方然而正如已經顯示出的這兩種顏料組分在著色強度上有明顯差異因此在很多時候用鈦白粉替換掉復合配方中的鉛顏料是不可能的盡管這些配方中二氧化鈦的含量不同但也只是一種顏料組合所以為了在色彩空間對適當的顏料拼用進行精準定位制定色彩要求預先提出涂料色彩變化方向是很重要的然而在單一顏料的基礎上運用比色數據庫可供選擇的顏料會發生許多變化相應的無機和有機色彩的漸變過程以鉻黃顏料為例再現出來
表2匯集了CIE實驗數據及每一步調色的遮蓋力拼用顏料4比例為43%P.Y.184和57%P.Y.151代表與P.Y.83,P.G.17和P.Bk.11相一致的最佳的方案拼用顏料9從視覺上合理地顯示出與鉻黃顏料很好地相符值得強調的是兩種飽和色涂層完全一樣都具有98%的高遮蓋力圖3
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在類似的過程中像RAL1003（信號黃）RAL1023（交通黃）或者RAL3000（火焰紅）這樣的工業顏料不需要含鉛顏料就能用一個無機和有機顏料的拼用配制出來表3（圖4）概述了在RAL3000的配色過程這個過程是在P.R.104（配方A）基礎上運用了具備無機和有機形態（配方B）的復合顏料進行的可以看到配方B以實際經驗中的復合顏料為基礎這些顏料甚至在相同的色調角下具有更高的色度色度的加強是復合顏料技術的內在特性源于其特殊的無機載體物質
客戶解決方案
在許多時候可以通過拼用多種單色顏料以及復合顏料來獲得期望的色彩然而除了特殊的顏料和調色實驗室的技術訣竅之外也必須考慮到在調色過程中連續操作的可行性例如在表2中有五種不同的顏料有些使用量很少必須稱重攪勻并分散到樣品中去然后需要對色彩進行檢測并根據需要調整｜
顏料工業對替代方案的需求推進了顏料預制劑的發展這些粉末形態的顏料預制劑伴隨著特定市場的需求已經發展成一種流行態勢用這種顏料可以迅速調色并有效地降低成本Heucofit鉛酸鉻替代品顏料制備物就是一個很好地范例這些顏料制備物已經發展得可以直接1:1替代鉻黃和鉬鉻紅顏料在近飽和色范圍內選擇顏料的重點是色度特性與遮蓋力的良好平衡由于只涂一道涂層就能很好地遮蓋基材而且涂層的厚度也要非常低所以這種顏料在工業涂料的應用中尤其引人注目圖5對比了Heucofit牌號的LR1006401和一種高光鉻黃飽和色的顏料伴隨二氧化鈦減少的漸變色在近飽和色范圍內一個有用的規律是鈦白粉含量越高一致性性越好這是因為預制劑中的有機顏料的著色強度比鉻酸鉛高對飽和涂層的視覺評估可以合乎常理地證實良好的一致性（圖6）也可用常規的顏料預制劑來替換鉬鉻紅（圖6）
耐光性和耐候性
鉻酸鉛的耐光性和耐候性取決于使用形式和表面穩定性大多數鉻酸鉛顏料在市場上的應用是有標準的拼用金屬氧化物諸如P.Y.53和P.Br.24性能優異像鉻酸鉛類顏料一樣不同有機顏料的耐候性有很大不同在選擇適當的有機顏料時可以解決這一領域的大多數需求
基于成本設計的顏料預制劑可以替代一般的鉻酸鉛顏料制備物以及含有耐候性有機顏料的復合顏料并不比穩定的鉻酸鉛遜色甚至能比普通產品的表現更為突出表4
作者Jürgen Ott博士Thomas Sowade博士凱佰有限責任公司德國蘭格海姆
參考文獻
1Farbe&Lack,Ausgabe 11/2001;Vincentz Verlag.
2Frischmann L;OttJ.’Out-Of-The-Box’Formulations,European Coatings Journal;07/082011;pp.32-36.
