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浅谈无机色粉在彩妆生产中的运用

对于彩妆来说,颜料选择作为其产品构成的核心前提,在整个生产环节中起着重要作用。而无机色粉又是使用最普遍的原料。那么,如何把控好两者间的关系,合理掌握产品色泽及生产过程中颜料的运用,对产品能否取得预期效果具有很大的决定性。对此,在第三届彩妆研讨会上,王丹英教授做出了以下分享。

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▲王丹英教授

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色粉(颜料)的概念?

色粉(颜料)是一种有色的细颗粒粉状物质,一般不溶于水、油、溶剂和树脂等介质中,但是能分散于各种介质中。

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它具有遮盖力、着色力、对光相对稳定,在涂料、油墨、塑料、橡胶、医药、食品、化妆品等应用领域作为着色剂使用。

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色粉(颜料)的分类方法有哪些?

1. 以化学组成来分类:有机、无机;

2. 以来源来分类:矿物、植物、动物、化学合成;

3. 以用途来分类:涂料、橡胶、塑料、医药、食品、化妆品等;

4. 以颜色来分类:白色、黄色、红色、蓝色、绿色、棕色、紫色、黑色。

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在通常的分类中,一般以化学组成为主进行分类,包括有机、无机两种。而在原料来源上,化学合成类型占主导地位,该涂料作为最大应用领域,占据了颜料市场的50%以上。与之相比,医药、化妆品用途方面的原料市场占比就比较小,但其在整体把控、对重金属、色泽配置上要求却是最高的。

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以颜色分类是方便和实用的方法,著名的“Color Index”是采用以颜色分类的方法,如:颜料黄PY,颜料红PR,颜料白PW等;而同样颜色的颜料依次序编号排列,如:钛白为PW—6,锌钡白为PW—5;为了查找化学组成,又另有结构编号,如:钛白为PW—6 C.I.77891,这样很容易就可使颜料制造者和应用者能查明所列入颜料的组成和化学结构。

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什么是无机色粉?

无机色粉:无机颜料可细分为“氧化物、铬酸盐、硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐、钼酸盐、磷酸盐、钒酸盐、铁氰酸盐”等。

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无机颜料以钛白粉和氧化铁为最大的两个品牌。二氧化钛俗称钛白,它不但物理性质十分稳定,而且还具有良好的光学、电学性能和卓越的颜料特性,是当前一种最佳的白色颜料。氧化铁是无机彩色颜料中生产量和消费量最大的一类颜料,具有多种优良的耐性性能,性价比高,从而被广泛的应用在各个行业。

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常用的无机色粉


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钛白粉

钛白粉的生产工艺有两种,即硫酸盐工艺和氯化物工艺,相比之下,硫酸盐法的技术更简单,可以用较便宜的矿物。其中,硫酸法是用硫酸和含钛矿物反应,继而形成钛白。该方法在经过上百年的发展历程,工艺已颇为成熟。而氯化法,在设备、操作上较为简单,整体投资较低,廉价原料易取,但缺点是在生产过程中会产生大量废弃物。

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氧化铁红

氧化铁红是惰性颜料,在氧化铁系颜料中最为稳定。对光的作用很稳定,且能强烈吸收紫外线。

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锰紫

含锰Mn约23%,相对密度在2.6—3.0,吸油量为20—30%,颜料外观为紫红色粉末,可耐酸但不耐碱,耐光度可达7—8级,pH值在2.4—4.2之间,它的着色力和遮盖力并不高。

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氧化铬绿

主要成分为三氧化二铬,颜色呈橄榄绿色。通常有两种色相,分深、浅两种,机油优良的耐热性,可耐近千度的高温而不变色,熔点为2435摄氏度,耐侯性也比较强,耐酸碱程度也很佳。无毒性,但整体色调不够鲜亮。

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群青

由于配方比例、煅烧条件及颜料化处理不同,因而形成群青在颜色和化学成分方面的差异。其主要成分为硅酸盐,是经高温锻造的多元素无毒的无机颜料,具有极好的耐光、耐热、抗碱等性质。有较好亲水性,但容易被酸的水溶液所破坏。

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颜料的光学性能

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颜料的颜色是颜料性能中最富有特征的性质,尤其是着色颜料。

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同种化学成分的颜料,通过改进工艺条件,使颜料的物理状态不同,从而引起色光的变动;或通过改变颜料的化学成分,如:有机颜料某些基团增加或变更,引起的色光变动。

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颜料的颜色本质是与它的化学组成紧密相关的,不同化学组成的颜料各有其特征的颜色,但其颜色还存在一定范围的变动。其中,化学组成相同的,晶体结构不一定相同,颗粒大小、粒度分布、杂质含量等方面也存在着差异,都会造成色光的差异,而颜色对这些因素极为敏感,这也是人眼对颜色的感觉所致,这也是颜料色光难以控制绝对一致的原因。

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在色调上,颗粒度的大小起着重要作用。同一品种下的白色颜料,由于颗粒大小不同,色相会产生不同,在白色基调基础上,粒子直径越小越偏蓝相,反之则偏黄相,说明同种颜料在化学成分不变的情况下,由于粒子影响了光的反射、折射和吸收,因此会带来色相的变动。

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如何测试颜色的表征?

目测法:近似、微似、稍似。

仪器法:△L,△A,△B,△E;

(+a:红相更足,-a:绿相更足;+b:黄相更足,-b蓝相更足;+L:浅,-L:深。)

仪器法与目测法比较,仪器法数据被平均化,目测数据更精准体现色相差异。

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颜料的光学性能之遮盖力

遮盖力:颜料加在透明的基料中使之成为不透明,完全盖住基片的黑白格所需要的最少颜料量称为遮盖力。

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遮盖力的光学本质是颜料和存在其周围介质折射率之差所造成的。当颜料的折射率和基料的折射率相等时就是透明的。当颜料的折射率大于基料的折射率时就出现遮盖力,两者之差越大,表现的遮盖力越强。


遮盖力与折射率的关系

颜料的遮盖力还随粒径大小而变,存在着体现该颜料最大遮盖力的最佳粒度,高折射率颜料和颜料粒子大小关系比较大,低折射率颜料和颗粒大小关系比较小。在相同颗粒度下,高折射率的颜料要比低折射率的颜料遮盖力强度高,每条随粒度而变的遮盖力曲线都存在一个最高值。

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遮盖力的检测

颜料遮盖力的检测是指颜料和调墨油研磨成色浆,均匀地涂在黑白格玻璃板上,使黑白格恰好被遮盖的最小颜料量。

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遮盖力X=(g/m2)=50m(m1-m2)/m+m3;

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m:试样重量;

m1:涂刷颜料色浆以后黑白格板的重量;

m2:涂刷前黑白格板的重量;

m3:用去调墨油的重量。

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颜料的着色力

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着色力是某一种颜料以另一基准颜料混合后的颜色强弱能力。通常是以白色颜料为基准去衡量各种彩色或黑色颜料对白色颜料的着色能力。

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着色力是颜料对光线吸收和散射的结果,主要取决于吸收,吸收能力越大,其着色力越高,不同的颜料,其着色力有很大的不同,着色力的强弱决定于颜料的化学组成,一般来说,相似色调的颜料,有机颜料比无机颜料着色力要强很多。

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另外,着色力和颗粒大小、颗粒形状都有很大关联。通常情况下,针状粒子比球状粒子具有更大的表面积,会造成更强的吸收力和散射能力,因而表现出更高的着色能力。



颜料的颗粒性质

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颜料是一种固体粉末,它的粒度可以处于超细状态。由于超细这一特殊性,对颜料粒子的几何性质和物理性质在颜料使用过程中发生极大的影响。虽然这些颗粒仍然保持着原有的化学成分和化学性质。

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从颜料结晶学内也能得知,颜料小颗粒晶体无论大小、形状、分布,晶体内部结构等某一方面稍有不同,就会影响到颜料性质。

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颜料粒子间存在着一种作用,颜料粒子比它制造时初始形成的颜料粒子会大很多,所以颜料粒子并不是那么单纯的处于惰性状态的粒子。一般可将颜料粒子分为成初级粒子、二次粒子、附聚体和凝聚体。

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颜料粒子间的作用

初级粒子/原级粒子/一次粒子:是颜料开始形成时以独立形态出现的颜料粒子,颜料初级粒子形成后在制造过程中,还会形成粒子间的聚集,由于粒子表面性质和粒子之间的引力、氢键、极性等因素,使得这些微细的粒子处于非常活跃的状态。

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二次粒子、附聚体和凝聚体:初级粒子有很大的聚集倾向而形成二级粒子,像一个独立存在的粒子一样,导致粒径扩大。有时一次粒子和二次粒子又进一步联合,形成紧密联合的凝聚体或形成较为松散联合的附聚体,这样粒子得到了扩展,并影响到颜料的使用性能。即使设法将凝集的粒子进行分散,也不可能完全恢复成原级粒子。只有根据需求及可能性,使颗粒达到预期的状态。

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颜料的表面性能

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表面吸附:粒子分散的越细小,表面自由能越大,物系则越不稳定。为减少表面自由能,粒子要聚集以减少表面积,由于颜料粒子表面自由能高而不稳定,处于未饱和状态则具有较高的能位,当表面吸附其他物质以后,使整个系统能位降低,所以颜料表面总免不了要吸附一定的化学物质,如水分、空气、各种盐类、酸类、碱类及有机物,以中和其电性或降低其表面能等。

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吸油量:吸油量和颜料颗粒表面状态有关,颜料颗粒表面吸油量的大小和粒子表面积大小有关。除此之外,还有颜料间的空隙度。

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对某一化学成分的颜料来说,颜料的吸油量除了和粒子大小有关外,和颗粒度的性状也有很大关系,常见的针状、较球状粒子具有很大吸油量,因此针状粒子比球状的表面积大,而且颜料颗粒间的空隙也更大。

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颜料的表面状态对吸油量有一定影响,如颜料粒子上所吸附的水容盐、水分、表面活性剂等。

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· END ·

作者 | 汤宏业

编辑 | 小朱同学

图源 | 原料达摩院

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