铁系颜料在环保地坪涂料中的应用

蔡 帅 ，王 涛

（1.浙江华源颜料股份有限公司，浙江德清 313220；2.广州市宏特化工科技有限公司，广东广州 511400）

0 引言

颜料是一种能起到装饰和保护作用的有色化学物质，根据其内部组成结构不同一般将其分为有机颜料和无机颜料。铁系颜料是重要的无机颜料品种之一，由于其具备较好的耐候性、着色力等特点，并且相对经济、环保，因此在涂料行业有着广泛的用途。在铁系颜料中，铁红、铁黄和铁黑的应用相对广泛，除此之外还有铁绿、铁棕、铁橙、铁蓝等产品。随着铁系颜料不断向高端发展，其中耐温产品、超细产品在高端涂料行业中得到了较好的应用。地坪涂料是涂料行业的重要组成部分之一，其用途和影响在不断扩大［1］。

地坪涂料主要用于混凝土、水泥、石材等基材的涂装，起到装饰和保护作用，目前，地坪涂料主要分为溶剂型地坪涂料、无溶剂型地坪涂料、水性地坪涂料3类。随着地坪涂料不断向环保方向发展，铁系颜料作为传统的环保型无机颜料在地坪涂料中的应用更加广泛，由于铁系颜料具备优良的遮盖力、着色力、耐光性等特点，且色相齐全，对地坪涂料的发展更加有优势。

1 铁系颜料简介

1.1 铁红颜料

铁红颜料的分子式是Fe2O3，为红色或深红色粉末，球型颗粒。由于氧化铁红具有优越的遮盖力、着色力、耐温性、耐光性等性能，被广泛应用于涂料、塑料、橡胶、造纸、建筑等行业，也有部分产品被用于化工领域的催化剂。目前，铁红颜料的制备主要采用铁皮法，原材料主要是工业废铁皮，属于废物再利用性质，因此，铁红颜料在价格上较其它有机颜料有优势。华源颜料股份有限公司收购日本户田三峰后推出超细氧化铁红系列产品，通过改变氧化铁红的粒径，提升了粉体的分散性、色相等指标，拓宽了铁红颜料的应用领域。

1.2 铁黄颜料

铁黄颜料的分子式是Fe2O3·xH2O，为黄色粉末，针状颗粒，通常x值为1，是1种晶型氧化铁水合物，在实际生产过程中由于操作工艺的不同，水合程度往往也不同，因此，也导致铁黄颜料晶形结构和物理状态有很大的差别，颜色从深到浅都有。由于普通氧化铁黄具有受热易脱水变色的特性，因此在塑料以及耐温涂料的应用上有着很大的局限性，潘国祥［2］等人协同浙江华源颜料股份有限公司对包覆型氧化铁黄颜料进行了系统的研究。通过对氧化铁黄进行表面包覆来提升氧化铁黄的耐温性，拓展氧化铁黄的应用领域［3-4］。

1.3 铁黑颜料

铁黑颜料的分子式是Fe3O4，铁黑颜料又称为磁性氧化铁，为蓝墨光黑色粉体，以优良的遮盖力、着色力、耐光性等特点而应用于涂料行业，同时由于其良好的耐碱性而被广泛应用于建筑行业中的水泥着色。竺增林和李金花等［5］通过优化工艺成功制备出高纯、高着色的氧化铁黑颜料粉体，还通过包覆手段处理普通铁黑颜料并成功制备出耐温氧化铁黑颜料粉体，拓宽了铁黑颜料的应用领域。

1.4 铁棕颜料

铁棕颜料的主要成分是氧化铁红与氧化亚铁的混合物，为棕色粉末，不溶于水，溶于酸，有着较高的着色力、遮盖力和耐光性，耐碱性优异，无水渗性和油渗性。由于工艺不同色相也随之改变，分为黄棕与红棕两种。铁棕颜料的应用领域与铁红颜料类似，主要用于塑料和涂料的着色。冯阿荣等［6］开展了一种液相低重金属的氧化铁棕的制备研究，成功制备出性能优异且环保的铁棕颜料粉体。

1.5 铁绿颜料

铁绿颜料的主要成分是氧化铁黄和酞菁蓝，是这两种颜料的拼混产品。通过改变这两种颜料的配比，可以得到由浅至深的一系列的铁绿品种。例如提高酞菁蓝的比例，色泽就趋于深蓝，反之则色泽呈浅绿。氧化铁黄虽然色泽不够鲜明，但具备强烈的吸收紫外线能力，耐候性、耐溶剂性、耐碱性、分散性好。酞菁蓝的着色力强，又具备各种优良的性能。因此两者的结合能达到优良的效果。铁绿颜料被广泛用于建筑工业、建筑材料、涂料、塑料等领域的着色。目前，市场上的铁绿颜料有干法和湿法两种制备方法，干法制备出的铁绿粉体，肉眼观察颜色比较鲜亮，但着色力不如湿法好，使用过程中，相同色相情况下湿法粉体用量较少。

2 地坪涂料的种类

地坪涂料与地面涂料是两个不同的概念。按照GB/T 2705—2003《涂料产品分类和命名》规定，地坪涂料主要指水泥基等非木质地面使用的涂料，可知，地坪涂料是地面涂料的一种。地坪涂料通常按照成膜物质与用途来分类，见表1和表2［7］。

表1 地坪涂料按成膜物质分类Table 1 Floor coatings is classified according to film-forming substances

表2 地坪涂料按用途分类Table 2 Floor coatings is classified by use

3 铁系颜料在地坪涂料中的性能评价

3.1 分散性

颜料的分散性是颜料在地坪涂料中使用的一个重要指标，颜料分散性的好坏不仅影响其对产品的着色力和色相，还可能对制备的地坪涂料的光学性能有一定影响。颜料的分散性与其表面性质、粒径大小、粒径分布等因素有关。如果颜料表面是非极性的，那么应用于非极性的体系中就非常容易分散，反之如果颜料表面呈极性，那么应用在水性地坪涂料等领域中就非常容易分散。另外，颜料分散性与颜料的粒径分布有关，颜料粒径均匀分布且较窄时，在应用中相对容易分散。因此，华源颜料股份有限公司通过超细手段控制氧化铁红的粒径分布来提升其分散性，从而满足地坪涂料等行业的需要。

3.2 耐热性

地坪涂料在使用过程中对耐温性要求相对不高，但部分涂料制备时要求在80~100 ℃甚至120~130 ℃烘干，因此配制烘漆的颜料至少要耐150 ℃才能保证烘干后不变色。所以，颜料的耐热性直接影响到烘漆的制备过程。目前，可以通过热重分析（TG）来确定颜料的耐热性，图1是华源颜料股份有限公司普通氧化铁黄颜料的热重分析曲线，从中很容易观察出普通氧化铁黄的耐温性。铁系颜料的耐温性基本可以满足大部分地坪涂料的要求。

图1 华源颜料股份有限公司普通氧化铁黄的热重曲线Figure 1 The thermogravimetric curve of common iron oxide yellow from Huayuan Pigment Co.，Ltd.

3.3 耐候性

地坪涂料对耐候性的要求比较高，因此对颜料的耐候性要求也比较高。铁系颜料是传统的无机颜料，具备优良的耐候性。铁系颜料在地坪涂料中的使用能有效解决地坪涂料的耐候性问题。

3.4 色彩性能

颜料的颜色性能是衡量其质量的重要指标之一。颜色的三要素：色相、明度、纯度。色相也叫色别，是指颜色具体的色彩面貌，如柠檬黄、翠绿、湖蓝等，色相是颜色最明显的特征；明度也称为亮度、光度或鲜明度，指颜色本身的深浅程度；纯度又叫颜色的饱和度，是指颜色的纯粹程度，当一种颜色的色素含量达到极限时，即颜色达到了饱和程度，此时颜色的纯度最纯，是该色彩的固有色，即该色相的标准色。国际照明委员会（CIE）建立了一套界定和测试颜料的标准，以保证人眼观察到的颜色和样品颜色的测量值一致。对于亮度或光亮分量（L），a和b是两个颜色通道，a包括的颜色是从深绿色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉红色（高亮度值）；b包括的颜色是从亮蓝色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到黄色（高亮度值）。颜料在地坪涂料中色相的判断，先将其制备成色浆，再采用色差仪测量色差，根据Hunter公式计算色差值：

式中，ΔL =L’-L ；Δa =a’-a；Δb =b’-b。L与L’分别代表前后的亮度值；a和a’分别代表前后颜料的红（绿）值；b和b’分别代表前后颜料的黄（蓝）值。

3.5 其它性能

除了以上所介绍的性能外，颜料在地坪涂料中还有其它性能也要注意，如耐溶剂性、耐水性、耐酸碱性、颜料的混用性以及毒性等。冯阿荣等［6］开展了一种液相低重金属氧化铁棕的制备工作，成功制备出性能优异且更环保的铁棕颜料粉体。

4 结语

随着建筑行业的不断发展，对地坪涂料的要求也越来越高。面对深入人心的环保理念，环保型地坪涂料是今后发展的主要方向。铁系颜料作为传统的无机颜料，且属于环保型颜料，针对地坪涂料的高端化发展，也在不断寻求新的突破。

（1） 推出超细系列、耐温系列以及专用系列，来满足市场的需求，扩大铁系颜料的应用领域。

（2） 铁系颜料具备良好的耐温性、耐候性，且色相种类较多，能较好适应于地坪涂料的发展，对环保型地坪涂料的发展将有着重要的意义。