色素碳黑在涂料中的应用、性能要求 

1.碳黑在涂料中的作用

涂料对其颜料的要求，除颜色以外，还对其着色力、吸油量、水分、水溶性、PH值、相对密度、粒子形状大小、耐溶剂性、耐化学品性、无毒无公害性、分散性等有不同的要求。

碳黑在物理方面活性很高，但在化学方面则是不活性的，因此其耐候性和耐化学品性好。碳黑的黑度和着色力高，价格稳定，因此在涂料工业不可缺少的黑色颜料，常用于建筑、汽车、铁路车辆和船舶用涂料中。碳黑除用于黑色涂料外，还作为调色颜料应用于灰色及其他颜色的涂料中。

2.碳黑的基本性能和涂料应用性能的关系

（1）黑度

黑度是涂料用碳黑的主要指标，当用于黑色涂料的着色时，例如黑色汽车面漆，要求所用碳黑黑度愈高愈好。当将碳黑用于调色时，黑素太高添加量太少，反而容易引起不同批次的涂料产品产生色差，故要求使用黑度较低的碳黑。

碳黑的黑度即碳黑吸收光的程度，光吸收愈多，光反射愈弱，碳黑及其着色物质的黑度就越高。由于光吸收作用在碳黑粒子内部（准晶体碳晶格中）产生，当碳黑在涂料中浓度为一定时，碳黑粒径越细，同样容积中碳黑粒子数也越多，光吸收越强，黑度也越高，而用粒径较粗的碳黑，光反射较多，即使增加碳黑浓度，使同样容积中碳黑粒子数增多，但光反射仍较多，黑度仍较采用细粒子碳黑的低。

碳黑的聚集体会产生光散射作用，当碳黑结构高时，聚集体的光散色增强，从而也会降低光吸收的程度即降低黑度。

（2）着色力

着色力（着色强度）是将白色或彩色颜料和碳黑混合时，碳黑的着色能力。也就是碳黑使混合物系光吸收作用提高的程度。这一特性取决于碳黑和颜料的配量比和碳黑本省的性质，当配量比一定时，某一碳黑的着色能力即为其着色强度，在涂料行业中称为着色力。

碳黑粒径小时，结构低，着色力就较高，然而当粒子小于20nm时着色能力不再上升，甚至下降，其原因如下：

一粒径过小难分散，形成较大附聚体。

一粒径小的炭黑，被粒径较大的颜料粒子遮蔽。

一粒径小于20nm时，涂膜的透明度增加。

如将碳黑按不同配量比和一个白色颜料混合时，可进行浅灰、灰色、深灰和黑色着色，如欲将一种颜色略微调暗些，则可用碳黑调色，一般采用着色强度较低的，也就是粒子较大的碳黑来调色，添加量很小，添加量的细小误差对配出的颜色影响就很大。

(3)色相

“碳黑粒子”随粒径减小而减弱的光反射还会影响色相。用细粒径碳黑进行表层黑色着色产生淡蓝色相，它能进一步增强高色度视觉印象。用粗粒径碳黑着色则会产生棕色色调。

可见光射入碳黑“饱和色”（不透明）着色层中时，碳黑粒径越细，短波蓝光的散色比长波红光更强。由于红光散射更弱，便能更深地射入着色层，而蓝光散射更强，它能更强地产生回散色。从着色层中向外反射。

观察用碳黑着色的透明层时，色调关系恰好相反，随着碳黑粒径减小，可见光中散射强的蓝光射入着色层较少，而从另一面透射而出。因此由于缺少蓝光，透明层则更显棕色色调。

进行“白色混合着色”（调色）时，得到的结果与观察透明层中饱和色着色的情况相同。使用细粒径碳黑时，可见光蓝光部分侧向散射性较强，从而使余下红光引起黄灰色色调。相反，前述用来“调色”的粗粒径碳黑特别是粒子较粗的灯烟碳黑却会引起蓝相色调。

除粒径外，碳黑的结构也会对色调产生影响，结构较高的碳黑和粒子较粗的碳黑会产生相似的影响。

（4）光泽

当碳黑粒径减小或结构提高时碳黑的吸油量增加，会使涂料的粘度提高，在同样的碳黑浓度下，涂层表面自由漆料（成膜物质）减少，因此光泽降低。当表面含氧基团或挥发分增多时，碳黑在连结料中的润湿性提高，粘度降低，涂层表面自由漆料增多，光泽将会提高。

（5）分散性和分散稳定性

涂料用碳黑聚集体大小一般在20到数百纳米之间，在漆料中不容易分散，碳黑在漆料中的分散下状态，对涂料的性能影响很大。还有，碳黑在涂料特别是和其他颜料如钛白粉等混合使用时，由于其相对密度、聚集体直径、形状和表面化学性的不同，碳黑容易产生絮凝现象，即影响涂料的分散稳定性。