色素碳黑在涂料中的應用、性能要求 

1.碳黑在涂料中的作用

涂料對其顏料的要求，除顏色以外，還對其著色力、吸油量、水分、水溶性、PH值、相對密度、粒子形狀大小、耐溶劑性、耐化學品性、無毒無公害性、分散性等有不同的要求。

碳黑在物理方面活性很高，但在化學方面則是不活性的，因此其耐候性和耐化學品性好。碳黑的黑度和著色力高，價格穩定，因此在涂料工業不可缺少的黑色顏料，常用于建筑、汽車、鐵路車輛和船舶用涂料中。碳黑除用于黑色涂料外，還作為調色顏料應用于灰色及其他顏色的涂料中。

2.碳黑的基本性能和涂料應用性能的關系

（1）黑度

黑度是涂料用碳黑的主要指標，當用于黑色涂料的著色時，例如黑色汽車面漆，要求所用碳黑黑度愈高愈好。當將碳黑用于調色時，黑素太高添加量太少，反而容易引起不同批次的涂料產品產生色差，故要求使用黑度較低的碳黑。

碳黑的黑度即碳黑吸收光的程度，光吸收愈多，光反射愈弱，碳黑及其著色物質的黑度就越高。由于光吸收作用在碳黑粒子內部（準晶體碳晶格中）產生，當碳黑在涂料中濃度為一定時，碳黑粒徑越細，同樣容積中碳黑粒子數也越多，光吸收越強，黑度也越高，而用粒徑較粗的碳黑，光反射較多，即使增加碳黑濃度，使同樣容積中碳黑粒子數增多，但光反射仍較多，黑度仍較采用細粒子碳黑的低。

碳黑的聚集體會產生光散射作用，當碳黑結構高時，聚集體的光散色增強，從而也會降低光吸收的程度即降低黑度。

（2）著色力

著色力（著色強度）是將白色或彩色顏料和碳黑混合時，碳黑的著色能力。也就是碳黑使混合物系光吸收作用提高的程度。這一特性取決于碳黑和顏料的配量比和碳黑本省的性質，當配量比一定時，某一碳黑的著色能力即為其著色強度，在涂料行業中稱為著色力。

碳黑粒徑小時，結構低，著色力就較高，然而當粒子小于20nm時著色能力不再上升，甚至下降，其原因如下：

一粒徑過小難分散，形成較大附聚體。

一粒徑小的炭黑，被粒徑較大的顏料粒子遮蔽。

一粒徑小于20nm時，涂膜的透明度增加。

如將碳黑按不同配量比和一個白色顏料混合時，可進行淺灰、灰色、深灰和黑色著色，如欲將一種顏色略微調暗些，則可用碳黑調色，一般采用著色強度較低的，也就是粒子較大的碳黑來調色，添加量很小，添加量的細小誤差對配出的顏色影響就很大。

(3)色相

“碳黑粒子”隨粒徑減小而減弱的光反射還會影響色相。用細粒徑碳黑進行表層黑色著色產生淡藍色相，它能進一步增強高色度視覺印象。用粗粒徑碳黑著色則會產生棕色色調。

可見光射入碳黑“飽和色”（不透明）著色層中時，碳黑粒徑越細，短波藍光的散色比長波紅光更強。由于紅光散射更弱，便能更深地射入著色層，而藍光散射更強，它能更強地產生回散色。從著色層中向外反射。

觀察用碳黑著色的透明層時，色調關系恰好相反，隨著碳黑粒徑減小，可見光中散射強的藍光射入著色層較少，而從另一面透射而出。因此由于缺少藍光，透明層則更顯棕色色調。

進行“白色混合著色”（調色）時，得到的結果與觀察透明層中飽和色著色的情況相同。使用細粒徑碳黑時，可見光藍光部分側向散射性較強，從而使余下紅光引起黃灰色色調。相反，前述用來“調色”的粗粒徑碳黑特別是粒子較粗的燈煙碳黑卻會引起藍相色調。

除粒徑外，碳黑的結構也會對色調產生影響，結構較高的碳黑和粒子較粗的碳黑會產生相似的影響。

（4）光澤

當碳黑粒徑減小或結構提高時碳黑的吸油量增加，會使涂料的粘度提高，在同樣的碳黑濃度下，涂層表面自由漆料（成膜物質）減少，因此光澤降低。當表面含氧基團或揮發分增多時，碳黑在連結料中的潤濕性提高，粘度降低，涂層表面自由漆料增多，光澤將會提高。

（5）分散性和分散穩定性

涂料用碳黑聚集體大小一般在20到數百納米之間，在漆料中不容易分散，碳黑在漆料中的分散下狀態，對涂料的性能影響很大。還有，碳黑在涂料特別是和其他顏料如鈦白粉等混合使用時，由于其相對密度、聚集體直徑、形狀和表面化學性的不同，碳黑容易產生絮凝現象，即影響涂料的分散穩定性。