汽车修补漆中色母

汽车修补漆中色母、清漆等有关问题探讨(1)

汽车分轿车、客车和货车三大类，在2000年前我国汽车产量中三者几乎各占三分之一，而从跨入21世纪，汽车产品结构发生很大的变化，轿车比例迅速提高，到2004年轿车产量已占汽车总产量的45%以上，客车、货车均不足30%。今后轿车仍然是我国汽车主要的增长点。在工业发达国家，轿车的产量或保有量均占汽车的60～90%，所以讨论汽车修补漆主要是指轿车修补漆，不仅因为所占比例高，更重要的是轿车用漆比其它汽车用漆要求高得多，它不仅是交通工具，车主将轿车作为一种工艺品来爱护。客车用维修漆，特别是货车维修漆要求较低，国内常用醇酸漆、或醇酸调和漆修补。本文讨论的汽车修补漆主要是指轿车修补漆。

一、色母系统

汽车特别是轿车涂料的颜色繁多，初步估计我国汽车颜色有几千种，而世界上汽车涂料的颜色有几万种，而且每天都会有新颖颜色问世，汽车修补漆生产厂如何满足汽车涂层千变万化的颜色要求？并使修补后的涂层没有明显的痕迹，这是汽车修补中要解决的第一个难题。

20世纪八十年代以前，汽车的颜色以本色漆为主，它是由颜料和基料组成，改变颜料组成，可以制得不同的颜色，八十年代出现金属色涂料，而后又发展了珠光涂料，首先在汽车涂装中流行，至今金属色涂料已占汽车面漆的70%以上。所以涂料组成中又增加了金属颜料，包括珠光颜料。

汽车修补漆厂生产几千上万种颜色的汽车漆供修补之用，是很不方便的，汽车维修厂库存量会很大，浪费也很严重。国际上，通常的解决办法是汽车涂料生产厂提供各种色母，以及用此色母调制各种汽车漆的配方，根据所需修补汽车的颜色进行现场调制。

汽车修补漆的色母系统有：着色色母、金属颜料色母和树脂（基料）等组成。

1.1、着色色母的颜料品种选择，特别要注意透明颜料的不同观察角的异色现象

着色色母赋予涂层各种不同的色彩，它是由各种颜料在基料中的分散体组成。要用有限的几个色母，配制市场上所有汽车的颜色，对制备色母所需的颜料必须进行精心的选择，考虑色谱、色调和正侧视颜色。使用尽可能少的颜料品种，配置尽可能多的汽车涂层颜色，是确定色母颜料体系的一个重要原则。一般每套色母系统选择20～30种颜料，颜料品种选择合适，可准确配置较多的颜色品种。但是不管怎样挑选，每套色母体系总会有自己的不足，需日后补充和完善。

着色颜料以色谱分：红、橙、黄、录、蓝，加消光色，白、黑共有七个主色。根据汽车涂层的流行色调，确定每种颜料色谱中，不同色相的颜料品种和数量，一般为1～7个不同色相颜料组成。

在金属漆中，还要考虑颜料的随角异色现象，即正视，侧视颜色的差异。例如我们需要有正视为蓝录相，侧视为红黄相的蓝色色母，也要有正视为红相而侧视为蓝录相的蓝色色母，利于调制金属漆的正侧面颜色的差异。黑色色母，理论上讲，是全吸收，不应有随角异色现象，实际应用中黑色色母的色相和随角异色效应在调色中是十分重要的，所以在色母体系中黑色色母有3～4个之多。

在同一金属颜料中，加入不同的黑色色母，不仅能看到不同的色调，而且也能看到随角异色现象，这是颜料粒子的光散射所致。

当光线射入颜料分散体系时，光线部分透过，部分被吸收、散射或反射。对光的吸收是取决于颜料的化学结构，而光的散射和反射是取决于颜料的粒子大小。在汽车涂料中，透明的有机颜料分散粒子多是纳米级的，例如高色素碳黑，经充分分散后，分散粒子的平均粒径只有10～50纳米，远小于入射光的波长，光的反射很弱，主要发生光的散射（light scattering）。

颜料粒子，在光波作用下，电子被迫振动(偶极子)相当于二次光源，向空间发散电磁波，就是散射光源。当在光学均匀的介质中，散射光相互干涉而抵消。在颜料分散体内没有完全抵消，产生光散射，这种散射称为Rayleigh散射。

当粒子远远小于光的波长，约为入射光波的二十分之一时，散射光的角分布如下图所示：

散射光强度与入射光的波长四次方成反比，入射光的波长愈短，引起散射光强度愈强。

分散体中的粒子增大，半径大于入射光的λ/20波长时，光散射光的角分布如下图所示

每个粒子能产生几个诱导偶极矩，发射的散射光波会彼此产生干涉作用。有人推导出球形粒子的多极偶极矩光散射规律。散射光强不再与入射光波长的四次方成反比，而与入射光波长平方成正比，也就是说，入射光的波长愈强，形成散射光强度愈强。

而且散射光强度还随粒子大小而变化，分散粒子大小不同，散射光的角度分布也不同，即不同的观察角有不同的光强度，因此在不同角度上有不同的颜色，大粒子散射光，前向散射大于后向散射。但是在多分散体系中，各种大小的粒子均有自己的散射分布图，在各个角度上散射光必然会相互干涉。

在纳米级颜料分散体系中，光散射过程十二分复杂，它受粒子大小、形状、粒径分布、浓度的影响，也受粒子表面性质、空间稳定层、以及与成膜物质折射率的差等因素的影响。目前无法进行定量，定性的描述也很困难。我们只能说在纳米级的分散体系中，光散射现象是存在的，所以同一颜料，处在不同的分散状态，会产生不同的颜色，而且纳米级的颜料分散体系中不同角度散射光是不等的，所以从不同方向观

察，涂层的颜色是不一样的。

当颜料粒子大于可见光波长时，光的散射现象很弱，颜料的颜色决定于颜料自身的吸收和反射。

1.2、着色色母的颜料分散

选定颜料品种后，颜料的分散是制备色母的关键。由20～30个颜料品种要配制所有常用汽车的颜色难度很大，决不允许在配色过程中出现发花，浮色等现象，就是轻微的絮凝，也会影响调色的准确性。

所以色母体系中颜料分散多数采用超分散剂，它是一种高分子分散剂，结构包括二部分：（1）锚式基团，能牢固吸附在颜料表面，为了加强吸附，锚式基团聚集在一起。（2）空间位阻基团，它溶于溶剂中，并能与基料有很好的混溶性，使之在颜料粒子表面形成空间位阻层，空间位阻层的厚度，与颜料粒径有关，粒径大保护层要厚些，一般在10～20nm之间。

嵌段聚合物，梳状聚合物一般认为是较有效的高分子分散剂，结构示意图如下

锚式基团牢固吸附在颜料粒子表面，在颜料粒子周围形成空间位阻层，当两颜料粒子相互碰撞时，由于表面吸附层存在，而产生排斥，防止颜料的聚集或絮凝。