为我们的无铅未来着色

作者 Georg Doering，技术经理，建筑&工业涂料颜料部门，巴斯夫Colors & Effects品牌；Jana Heiler博士，全球商业经理，建筑&工业涂料颜料部门，巴斯夫Colors & Effects品牌，德国，路德维希港

铬酸铅颜料因其色泽鲜艳、通用的性能与合理的价格等优点，在许多领域得到了广泛应用。然而，多年来的研究已经证明，这些产品存在致癌风险，可能损害胎儿，被怀疑会损害生育能力和危害环境。如今，这些担忧已众所周知，在北美和欧洲市场，铬酸铅颜料在一些应用领域已被禁止使用。第一波政府立法和官方市场禁令已成功实施；然而，到目前为止，亚洲、非洲和南美洲的许多国家都拒绝对铬酸铅颜料实施官方禁令。

2020年10月，由联合国环境规划署（UNEP）主办的国际化学品管理战略方针(SAICM)发表了一份政策简报，提醒我们有关含铅涂料的全球形势，并呼吁尽快在全球范围内实现消除含铅涂料的工作。《SAICM政策简报》指出了铅暴露造成的疾病负担及其对水生和陆地生态系统的威胁，呼吁采取行动以获得更多的政治指导。

在“为我们的无铅未来着色”活动中，巴斯夫的Color &Effects??品牌为行业提供了指定的无铅产品组合，并为涂料制造商提供新的配方指导。由于积极的教育和与制造商的密切合作，全球油漆和涂料市场已经为第二次铬酸铅替代浪潮做好了准备，由于非洲、亚洲和南美国家即将出台法规，这一浪潮可能很快就会加速。
本文重点介绍了铅替代的挑战，它还说明了现代颜料的发展如何在所有涂料应用中提供一种替代铬酸铅的方法，以及无铅配方的性能如何得到改善。新的混合颜料技术支持了油漆和涂料制造商的这一变化。通过优化个性化着色和使用价值，现有无铅配方的性能和成本平衡可以得到改善。

铬酸铅替代成功的基础

图1显示了铬酸铅颜料的颜色空间覆盖范围。黑线表示可能的色度范围，而灰点表示红色到黄色空间中的相关RAL阴影，这些阴影以前是用铬酸铅颜料创建的。一组高色度低性能颜料（如图1中蓝色圆圈所示）和高性能有机颜料（绿色菱形）构成了在不使用铬酸铅产品的情况下就可达到、甚至延伸的颜色空间的基础。然而，在高要求的涂料体系中，如何平衡匹配高色度的色调，以获得所需的耐久性仍然是一个挑战。由于这个原因，现代混合颜料已经被创造出来，利用颜色较浅的无机产品（紫罗兰色菱形）来实现所需的性能，如高牢度和不透明度。

为了使涂料制造商能够消除其产品中的铬酸铅，提供满足行业需求的替代品至关重要。每种应用都有不同的颜色和性能要求，这可以通过专门用于铬酸铅替代的颜料组合来实现。满足具有严格颜色规格的特定色调的基础，是广泛的颜色空间覆盖范围和高色度。此外，颜料的化学牢度和分散性在生产中也是至关重要的。温度稳定性和不透明度可以支持应用过程，而耐候性则可确保颜色持久，并防止粉化。

由于无铅颜料在着色行为、性能和价格水平方面提供了一系列的特性，因此，具有如此多样化应用的行业需要各种无铅替代品。虽然外墙涂料的颜料需要在保色性和耐候性方面经久耐用，但不需要耐候性的室内产品，仍然需要具有合理的耐光性。卷材、粉末或道路标记涂料等应用需要具有良好耐热性的颜料。这样，就给颜色的匹配带来了提供低同色异谱方面的挑战。

在平衡了最佳颜色匹配、所需的性能参数和最经济的解决方案这些目标后，建议使用针对特定应用的定制配方的无铅颜料来匹配最终的色度，而不是仅仅替换铬酸铅颜料。由于重新调整配方通常被证明是最好的方法，因此调整配方的指导是支持涂料厂商禁止铬酸铅进入其产品的关键因素。

各种无铅配方的影响

表1中RAL 1007配方的三个示例展示了冲击涂料制造商的各种可用的无铅颜料替代品配方。

三种不同替代品配方与铅基的RAL 1007色调性能比较如图2所示。原铅基配方在耐用性、遮盖力和低同色异谱性方面具有很强的性能属性，同时具有较好的成本效益和高温稳定性。比较显示了无铅替代品的定制可能性范围，根据目标应用的个别要求，以及可用颜料替代品的数量，可以达到铬酸铅配方的性能，且经常会超过。

图2中的成本-性能平衡配方表明，为了满足铬酸铅基颜料的性能要求，同时又具有相当的成本水平，基于偶氮化学的低性能配方的替代成本较低，容易实现，但色彩和性能可能稍弱。此外，高性能配方说明了，新颜料的开发将如何使特定的属性能够根据目标应用的要求进行推送和定制。

无铬酸铅颜料的色彩改进还考虑了涂层的耐光性。如图3所示，经过性能优化和性价比平衡的配方在经过2000小时的氙气测试后，不会出现任何明显的颜色变化。相比之下，含铅配方的涂层变成了典型的深橙色，而含偶氮配方的涂层则出现了褪色。

色浆混合技术突破极限

有机颜料通常具有较高的颜色强度和色度，但它们的遮盖力和牢度性能显示出局限性。相反，无机颜料具有较高的牢度和遮盖力，而颜色强度和色度较低。颜料混合技术结合了无机和有机成分的最佳特性，从而使无铅铬酸盐RAL色调能够满足不同行业的需求。混合Paliotan?颜料系列涵盖了整个红色到黄色的颜色空间，能够在色度、遮盖力和耐用性方面实现最佳平衡。与有机颜料相比，该技术具有更好的遮盖力和流变性，但在相同的颜色空间中，与无机颜料相比，色度有显著提高。

Pacific Orange L 2828新型混合颜料技术为耐候性要求高的粉末涂料提供了配方的灵活性。它最终使含PigmentRed 254颜料的配方不会产生不必要的棕色变化。由于其高色度，这种不透明的粉末颜料甚至扩大了橙色的色彩空间。由于使用了有机和无机成分最有益的特性，橙色混合颜料能在要求高的粉末涂料中实现无铅和高色度的橙色色调。与其他高性能橙色颜料相比，这种混合颜料除了耐高温和优异的耐化学性外，还具有优异的耐候性和较好的遮盖力。

如图4所示，混合技术在这些性能属性方面优于基于铅的配方。此外，与基于市售标准Pigment Orange 36的无铅粉末涂料配方进行的比较，突出了这种混合颜料在高性能要求方面的应用潜力。

为促进亚洲市场对铬酸铅的进一步替代，开发了混合颜料技术，它突破了溶剂和水性体系的极限。相比无铅市场标准颜料黄151和154，通过混合技术，涂料制造商可以提高性能水平，并根据最终应用的具体要求优化配方性能。

如图5所示，Pacific Yellow L 1001和1081的混合颜料技术能够配制出具有极高亮度的亮黄色、优异的遮盖力、耐化学性和耐溶剂性，以及最佳的使用价值。通过与市场标准无铅颜料黄151和154的比较，说明了该新颜料技术的改进。

虽然混合颜料可以在颜色、遮盖力和颜色强度方面进行调整，以与之前铬酸铅配方的结果相匹配，但混合颜料在墨色的耐久性也可以通过有机和无机成分的巧妙组合来进行调整。如果需要，可生产完全定制的混合颜料，该颜料可根据涂料制造商的特定要求来定制。

无铅未来的行业参与和政策指导

广泛的无铅颜料替代品组合，结合完善的配方专业知识，使世界各地的涂料制造商能够转向无铅涂料，并改善其产品在黄色到红色的色彩空间。新型高性能混合颜料技术使无铅涂料和涂料的发展成为制造商的目标，以改善其现有的无铅配方。混合颜料可以在颜色、遮盖力和色彩强度方面进行调整，以匹配过去的铬酸铅颜料的性能。数据显示，现代颜料技术甚至可以胜过以前的含铅配方。与行业伙伴联手，颜料生产商投资开发这些颜料，不仅可以替代铬酸铅产品，而且是更优秀的替代品。随着第二波铬酸铅替代浪潮的开始，全球涂料公司也受益于现有的新配方专业知识。在逐步淘汰含铅涂料的法律支持下，该行业现在可以在公平的环境下更快地向可持续解决方案转变，为我们未来无铅着色的涂料制造商提供服务。

如果您想了解更多有关无铅配方颜料替代品的信息，请访问www.col-ors-effects.com/sustainability/color-our-future-pb-free。

参考资料

1 SAICM Policy Brief: Eliminating Lead Paint: The Role of the Paint Industry. October 2020, https://saic-m k n o w l e d g e . o r g / l i b r a r y / e l i m i n a t -ing-lead-paint-role-paint-industry (25.11.2020).

本文收录在《PCI中文版》杂志2021年7月刊中