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颜料润湿及颜料分散体稳定性机理与润湿分散剂的关系

来源:赫斯迈 2012-8-21 5:44:25 浏览3341次

涂料与油墨制造过程中的颜料分散是指在机械力的作用下,颜料的二次团粒经过润湿、粉碎、分散在展色剂中,得到一个分散悬浮体。悬浮体的稳定性与颜料、树脂溶剂三者的性质及其相互作用有关。要想制备一个良好的颜料分散体有时必须要借助于湿润分散剂的帮助。

润湿、粉碎、分散这三个过程是紧密相连不可分离的。

润湿是一个颜料表面置换工程,粉碎是机械加工的研磨过程,分散是机械粉碎制成悬浮体的稳定过程。这三者有可能是同时进行的,不易分割。

湿润剂和分散剂都是界面活性剂,湿润剂能降低液/固之间的界面张力,增强颜料的亲液性,提高机械研磨效率。分散剂吸附在颜料的表面上构成电荷作用或空间位阻效应,使分散体处于稳定状态。

湿润和分散尽管这两个词就词义而言是不完全相同的,但其作用达到的结果却是极其相似的,往往很难区分,尤其是高分子分散剂,同时兼具润湿和分散作用,因此,常称为湿润分散剂。

一、颜料的润湿性

颜料润湿是一个表面置换工程,由固/气界面变成固/液界面,只有在颜料与树脂溶液的亲合力大于基料中树脂之间的亲合力时才会实现。

1、接触角与润湿

当液体与固体接触时会形成一个夹角,这个角被称之为接触角,它是液体对固体润湿程度的一个衡量标志。

杨氏方程表示了接触角与界面张力的关系。

γSG = γSL + γLG cosθ   1

式中: γSG ——/气界面张力

γSL ——/液界面张力

γLG ——/气界面张力

θ ——液体与固体的接触角

由(1)式可导出(2)式

2

γSG <γSL cosθ0 θ 90°,不润湿;当θ= 180°时,完全不润湿,会形成水珠滚动现象。

γLGγSG γSL ,则 1cosθ0 θ90 °,液体可以润湿固体,但不会完全润湿,铺展不好。

γLG =γSG γSL ,则cosθ=1 θ=0°,液体完全润湿固体,形成良好的铺展现象。

既然润湿是颜料由固/气界面换或固/液界面,所以润湿效率 BS 应为:

BS=γSG γSL     3

若将(3)式代入(1)式,润湿效率则为:

BS=γLG cosθ     4

因为γLG θ角都可以测定出来,所以润湿效率是可以计算的,但计算时要注意修正。

2、影响润湿效率的其它因素

影响润湿效率的除界面张力和接触角外,还有颜料集合体中孔隙度的孔径和深浅,树脂基料的粘度。

Washborre 用公式表示了颜料粒子润湿的初始阶段,各种因素与润湿效果的关系。

润湿效率 = K·γ F1·cosθ·γ3/ηL    5

式中: K ——常数

γF1 ——基料的表面张力

γ ——颜料颗粒中的孔隙半径

L ——颜料颗粒中的孔隙长度

η——基料粘度

5)式中的γF1·cosθ ”就是(4)式所述的润湿效率。除此之外, Washborre 把颜料粒子的状态、孔隙度的大小及深浅,还有树脂基料的粘度等与润湿效率结合起来了。

综上分析,颜料润湿缓慢的原因:

1)扩散压力非常小(界面张力高,如疏水性颜料在水中分散)。

2)颜料颗粒中的孔隙度的孔径小而深(微粒颜料高密度充填的粒子,如凝聚体颜料粒子)。

3)基料粘度高(与研磨粉碎相反,在高粘度下可获得强的剪切力,提高研磨效率,但对制备高浓度颜料色浆时却不利)。

4)要提高润湿效率,采用湿润分散剂降低界面张力,减小接触角是一个非常有效的方法。

二、颜料分散体的稳定性

分散体稳定性差主要表现在颜料分散粒子产生絮凝和沉降,这对涂料和油墨的光泽、着色力、遮盖力、耐候性会产生极大的影响,同时还会导致涂料浮色发花、开罐效果不佳,出现浮油、分层、沉淀等不良现象。

1、比表面积与稳定性的关系

颜料颗粒被机械粉碎成小粒子时,比表面积增加了,设颗粒的边长为 L ,粉碎后小粒子的边长为

那末小粒子的个数为: L3/X3 (个)

那末粉碎后小粒子的总面积为: 6X2·L3/X3 =6·L3/X

假设把一个边长 5μm 的大颗粒粉碎成边长为 0.5μm 的小粒子,粒子的个数、比表面积、边、角的变化如表1 所示。

1: 边长由 5μm 变成 0.5μm 总面积边角等的变化情况

边长/μm

粒子数/

总边长/μm

总面积/(μm)2

总角数/

5

1

5×12=60

5×5×6= 150

8

0.5

10×10×10

=1000

0.5×12×1000

=6000

0.5×0.5×6×1000

=1500

8×1000

= 8000

由表 1 可知,由一个边长5μm 的大粒子变成边长 0.5μm 小粒子时,角增加了1000倍,边长增加了100倍,面积增加了10倍。

颜料粒子表面原子的价力饱和程度是有差异的,在棱、角、边及凹凸部位剩余价力较多,吸附力较强,具有很强的凝聚力。

另外,就热力学而言,粒子变得越小,比表面积 (S)变得越大,比表面自由能就越大,假如分散体内部的自由能没有变化,分散系的自由能就受 G s =rS 支配。表面张力 (r) 不会变,比表面积增大,表面自由能肯定增大,所以稳定性就变差了。机械粉碎后微粒新增加的面积、边、角都是疏液的,若得不到润湿及很好的能障保护,这些新粉碎的细小微粒更容易产生絮凝。

2、颜料沉降

颜料分散体中的颜料粒子是处于不停的运动状态,运动的速度是受粒径、形状、密度、絮凝度等诸多因素影响。

在无限扩展的牛顿流体分散体系中,单一球型粒子的沉降速度可用 Stokes 公式求出:

      6

式中: υs ——是等速运动的终点速度

α ——粒子半径

ρ ——分散相的密度

ρ°——分散价质的密度

g ——重力加速度

Kresse Stokes 公式简化成(7)式:

7

可用该式探讨设计涂料的配方中的颜料是否有浮色的倾向,以便制定防止措施。比如用醇酸树脂、TiO2 Fe2O3 制浅红色漆。

醇酸树脂密度 0.98 g/cm3

TiO2 密度 4.20 g/cm3 ,细度 0.25μm

Fe2O3 密度 5.00 g /cm3 ,细度 0.05μm

TiO2 的沉降速度, (4.20.98)×0.252 =0.2005

Fe2O3 的沉降速度, (50.98)×0.052 =0.01005

二氧化钛的沉降速度是铁红的20倍,如果处理不当会浮红,表面颜色变深。如果色浆配方设计合理,选用恰当的醇酸树脂浓度或者使用适宜的湿润分散剂,该颜料分散体系还是比较稳定的。

制造天蓝色油漆时,经常采用二氧化钛与酞菁蓝组合,该分散体的稳定性非常差,经常出现浮色、发花现象。其原因是二氧化钛密度高,粒径比较大,运动速度缓慢。酞菁蓝密度低,粒径小,运动速度快。当 TiO2 沉降,酞菁蓝处于分散状态时,会浮蓝。因酞菁蓝运动速度快,碰撞几率大,若没有能障保护,易于产生絮凝,颗粒变大,发生沉降,则出现浮色现象。所以在这个体系中浮蓝、浮白或者发花是不固定的。比较有效的控制办法是选择适宜的二氧化钛,配合恰当的湿润分散剂。比如以 R-830二氧化钛配合国产的酞菁蓝,再以 Flowsuper2450 流平剂为润湿剂,以 Hydispex P104Hydiapex 7610 为分散剂,颜料混合后共同研磨,可大大改善浮色发花问题。

在分散体系中沉降和布朗运动并不是等量运动。沉降会产生浓度差,布朗扩散运动会使其均一化。若沉降速度过大,就会出现沉降聚积,出现浮色、发花等不良现象。要减少沉降速度,只有减小粒径,粒径变小又会出现热力学不稳定现象,为克服这些弊病只有借助于湿润分散剂的帮助。

三、分散体系的稳定机理

分散体系稳定机理主要有电荷斥力学说和空间位阻学说。

1DLVO 理论

颜料粒子在水性分散体中,甚至在油性分散体中会因不同原因而带电。由于粒子带电,在粒子界面的周围必然会吸附等量的反电荷,形成双电层结构 DLVO 理论是在扩散双电层基础上建立起来的理论,它是电荷斥力学说的中心,解释分散体系稳定的原因主要有两点:

1)胶粒间引力是范德华力,因胶粒是由许多分子集聚而成,胶粒间的引力是所有分子引力的总和,这种粒子间的引力是远程作用的范德华力,用VA表示,它与距离的3次方成反比。与一般分子间的引力与距离的6 次方成反比不同。

2)粒子间相互排斥的力是由带电粒子产生的,用 VR 表示。

我们可以把一个带电粒子形成的双电层看成四周为离子氛包围的带电粒子,如图 1 所示。

 

1 离子氛重迭

图中粒子带正电荷,虚线表示正电荷作用的范围,由于离子氛中反离子的屏蔽效应,虚线以外就不受电荷影响,当两个粒子接近时,如果离子氛尚未接触,粒子之间并无排斥作用。当粒子相互接近到离子氛产生重迭时,重迭区离子浓度变大,破坏了原先电荷分布的对称性,导致离子氛中电荷重新分布。即离子从浓度较大的重迭区域向外扩散,其结果正电荷粒子产生斥力,使相近的粒子脱离,理论证明这种斥力为粒子间距离指数函数。其斥力用 VR 表示。

当分散系中带相同电荷的粒子相互接近时体系的的总能量 V VA +VR

随着距离的缩短, VA 增加, VR 亦增加,但两个能量的方向是相反的(见图 2)。

 

2 粒子间相互作用的电热能曲线图

由图2 可知,单个粒子相距较远时,离子氛尚未重迭,只有引力起作用。就是图中的第二极小区域,总势能为负值。 这时粒子间相吸产生的絮凝物是松软的可逆的。随着距离缩短,离子氛重迭,如图 1 b)所示,斥力开始出现,总势能逐渐上升为正值。但此时引力也随距离变小而增大。在一定距离出现最大相斥势能 Vmax 。距离再缩小,引力又占据优势,势能开始下降,进入图 2 中的第一极小区域,粒子会形成坚硬的凝聚物。如果 Vmax 小于动能(KT)的 23 倍,由于引力 VA 的作用,粒子间将产生凝聚。若粒子周围有高分子分散剂吸附层存在则情况就不相同了。如果 Vmax 2025 KT 以上时,粒子间由于斥力作用,凝聚不会发生。

KT = mV   8

式中: m ——粒子质量

V ——粒子运动速度

K ——波尔兹曼常数

KT ——微粒热运动平均数量

V R 是斥力,其大小与扩散双电层的电势一样,随距离增加成指数函数减少,其减少程度是由德拜长 K 决定。

2、空间位阻稳定机理

空间位阻作用,吸附在胶体粒子表面上的高分子聚合物能有效地阻止胶体粒子的凝聚,使分散体处于稳定状态。这种稳定作用被称之为空间位阻效应。

Macker 首先提出位阻稳定,但他认为是由熵斥力决定的。△ G= T △ S ,这就是说永远是斥力,不可能产生絮凝,但实际并非如此。

Napper 认为位阻稳定的分散体系,色散力并不是其不稳定的主要原因。产生絮凝的原因是溶剂的溶解力,当溶剂的溶解力降至θ点以下时,分散介质中的高分子会相互吸引。这种引力作用是导致θ点附近的分散胶粒产生絮凝。

实践证实,具有最好空间位阻作用的分散剂应该具有颜料锚定基,通过化学或物理吸附牢固地锚定吸附在颜料粒子的表面上,以确保粒子运动时,分散剂聚合物不会脱吸;还应具有与分散介质(树脂)兼容的自由伸展链部分。构成一定厚度的吸附层,可使粒子间保持一定距离;一旦吸附层重迭,可依靠重迭区域内产生的自由能将粒子斥开,达到远程排斥作用。

当两个带吸附层的粒子相互接近,还没有重迭时,相互之间不发生作用。吸附层重迭时会出现以下两种现象(见图3):

l        渗透压效果或反溶剂化效果

l        妨碍吸附层中高分子链运动的熵斥力。

根据赫西克( Hesselink )等的计算, Ottewill Walker 得出了G m 的计算公式:

  9

式中: Ca ——吸附层中聚合物的浓度

V1 ——溶剂分子的体积

ρ2 ——聚合物自身的密度

Ψ1    K1 ——聚合物稀释之际热力学参数(Ψ,熵项; K,焓项)

δ——吸附层厚度

Ψ1— K1 是从测定聚合物粘度求出的数值。在良溶剂中为正值,在贫溶剂是负值。因此,在良溶剂中G m0 是正值,吸附层显示出排斥作用,而且这个作用是随着 Ca 增大而增大。如若δ变大就构成了远距离排斥作用。

 

3 厚度为δ的两个粒子接近时吸附层重迭的情况

关于G v 还提不出像(9)式那样的解析公式。其主要作用原理是熵斥力。当两个带着吸附层的粒子重迭时,在重迭区域内聚合物伸展在液相中的链节,运动的自由度就因位阻而削减,重迭区域内熵减少。因为一个体系是朝熵增加的方向自发变化,在熵斥力的作用下,颗粒有再次分开的倾向,根据计算,其数值与Gm 大体相同。

由位阻稳定的胶体分散体系对温度变化很敏感,尤其是在临界絮凝点附近。但对许多体系而言,可能在很大的浓度范围内都很敏感。絮凝通常是可逆的,在加热和冷却都可以发生。絮凝能否发生取决于吉布斯自由能的正负。

△Gf = △Ht-T△Sf

Napper 等使吉布斯自由能分析了导致絮凝的热力学因素,当Gf 0 时分散体系是稳定的。当Gf 是负值时会产生絮凝。为了保证分散体系的稳定性,可通过以下 3 种方法调整Gf 为正值。

1)当Hf 0, △Sf 0 时,很明显焓增加有利于稳定,熵增加会对絮凝有利,是焓稳定。

2)当Hf 0, △Sf 0 时,焓增加不利,熵增加有利于稳定,是熵稳定。

3)当Hf 0 Sf 0 时,肯定Gf 0 是不会产生絮凝的,称之为熵-焓共同稳定体系。

实验证明水性分散体系中焓稳定更为普通,而在非水分散体系中熵稳定则是常见的。

综上所述,两个具有吸附层的粒子间的力有以下几种,首先是范德华的引力 VA 0 ;容积限制的熵斥力 GV >0 ;渗透区或反溶剂化效果 Gm > <0 ;吸附链的吸附交联能 Gad <0 ;前而讲的电荷斥力 Gе>0 Gv 熵斥力是正值,在良溶媒中 G m 也是正值,只有 Gad 是负值。只要使粒子表面达到饱和吸附,有足够厚度的吸附层,基本可以保证分散体系的稳定性。

五、湿润分散剂

湿润分散剂按相对分子质量之别可分成低相对分子质量的传统型的表面活性剂和高相对分子质量的新型的具有表面活性的聚合物。

低相对分子质量的湿润分散是指相对分子质量 (8001000) 在数百之内的低相对分子质量化合物。高相对分子质量湿润分散剂是指相对分子质量在数千乃至几万的具有表面活性的高分子化合物。

按其应用领域,划分为水性湿润分散剂和油性湿润分散剂以及水油两性湿润分散剂。

1、低相对分子质量湿润分散剂

这类湿润分散剂属于传统型的表面活性剂,分子具有两亲结构,其活性是由非对称的分子结构决定的。

1)阴离子型:其亲水基是阴离子,带负电。例如油酸钠 C17 H33 COO- Na+ 。主要亲水基有羧酸基、磺酸基、硫酸基、磷酸基等。

2)阳离子型:其亲水基是阳离子,带正电。例如油铵C17H33 CH2 NH3+- OOCH3 主要是铵盐、季铵盐。

3)非离子型:不电离,不带电。主要有聚乙二醇型和多元醇型两大类。例如脂肪族聚酯、C17H33CO(OCH2CH2)nOH等,多用于水性体系。

4)两性湿润分散剂,分散剂同时具有两种离子性质。例如卵磷脂。

 

5)电中性:指化合物中阴离子和阳离子都含有大小相同的有机基团,整个分子呈电中性,但却有极性。这种助剂在涂料中应用相当广泛,几乎每个涂料助剂生产厂都生产几种电中性的产品。

按应用效果,可将这类分散剂划分或解絮凝型和控制絮凝型两大类。

解絮凝的湿润分散剂多数只有一个极性吸附基,能够牢固地吸附在颜料表面上,另一端伸展在分散介质中起稳定作用。这类分散剂多推荐用在面漆中,可降低涂料的粘度、改善涂料的流动性,提高涂膜的光泽。

控制絮凝的湿润分散剂是通过分散剂的架桥作用,把数个分散的颜料粒子连接在一起。一般是通过以下几种方式连接的:

1)以游离的分散剂为桥,通过极性基分别与吸附在颜料粒子上的分散剂的极性基相连构成单元絮凝体。

2)分散剂形成双重层,第二层分散剂通过极性基相连构成单元絮凝体。

3)通过吸附在颜料粒子上的分散剂的极性基直接连接在一起构成絮凝体(参看图 4 )。

4 控制絮凝湿润分散剂作用示意图

这种絮凝是分散剂通过氢键力或范德华力把颜料粒子连接起来的,结合力比较弱,在高剪切速率下会受到破坏,结果粘性降低;当剪切速率去除时,粘性又会恢复。正是这种微弱的触变性赋予了涂料许多良好的性能,能起到防沉、防浮色发花和防流挂的作用,弥补了因相对分子质量低、空间位阻效应不足的缺陷。

低分子湿润分散剂对无机颜料有很强的亲和力,因无机颜料通常是金属氧化物或含有金属阳离子及氧阴离子的化合物,表面具有酸性、碱性或两性兼具的活性中心,它们与阴离子、阳离子表面活性具有很强的化学吸附作用,能够形成表面盐,牢固地锚定在无机颜料的表面上。

这种酸碱基的相互作用对于有机颜料是不可能的。因为有机颜料的分子是由 CHON 等元素组成的。这些原子不能被电荷化,所以有机颜料表面没有像无机颜料那样的活性中心。 因此,传统型的湿润分散剂不能稳定有机颜料分散体,而大多被推荐在用于无机颜料的分散。对于分散有机颜料需要用高分子湿润分散剂。

2、高分子湿润分散剂

传统型的低相对分子质量的湿润分散剂有确定的分子结构和相对分子质量。但高分子分散剂却与其不同,其分子结构和相对分子质量都不固定,它是不同分子结构和不同相对分子质量的分子集合,相对分子质量大约在 500030000 之间。多数是嵌段共聚的聚氨酯和长链线性的聚丙烯酸酯化合物,它具有与颜料表面亲和的锚定基和构成空间位阻的伸展链。锚定基必须能够牢固地吸附在颜料表面,伸展链又必须能与树脂溶液相容。很显然均聚物是满足不了这两个常常是相互矛盾的要求,所以必须是某种形式的官能化聚合物或共聚物。

高分子分散剂的伸展链多数是由聚酯构成的,它能在多种溶剂中有效。较高相对分子质量的聚酯在芳烃类溶剂中可溶。而较低相对分子质量的聚酯在酮、酯类溶剂及二甲苯/丁醇混合之类的溶剂中也有很好的溶解性。所以聚酯化合物在会在诸多溶剂中提供良好的空间位阻效应。

制成一种与某种溶剂兼容的聚合物稳定化链,并不是设计高分子分散剂的最终结果。而是要设计出既能与溶剂兼容又能与溶剂挥发后的树脂相容,而又不影响涂料各项性能指标的稳定化伸展链者是最重要的。所以在选择使用高分子湿润分散剂时除要注意其与树脂溶液的兼容性,还要测试涂膜的光泽与基材的附着力、耐久性等各项指标。

高分子分散剂的锚定基是吸附在颜料粒子表面上的集团,是根据颜料表面的特性和吸附机理而设计的。对于具有酸、碱性吸附中心的无机颜料可以采用胺类、铵、季铵基团;羧基、磺酸基、磷酸基及其它盐类,酸式磷酸盐、磷酸酯盐等均可为锚定基,通过酸/碱或离子对吸附在颜料粒子表面。对于具有氢键给予体和接受体的颜料表面可采用多胺和多醇为锚定基。对于依靠极性吸附和范德华力吸附的颜料可采用聚氨酯类化合物为锚定基。对于像酞菁蓝、二噁嗪紫类的有机颜料可采用它们自身的衍生物为锚定基。

了解高分子分散剂的结构对选择使用是至关重要的。要获得良好的涂料、油墨分散体一定要选择适宜的湿润分散剂。

六、湿润分散剂的应用

如何润湿颜料粒子,又如何使颜料分散体处于稳定状态,这是涂料工作者必须思考的问题。在油漆、油墨中颜料表面会产生竞争吸附。怎样调整树脂聚合物和分散剂在颜料表面上的吸附作用,保证颜料的润湿和分散的稳定性,是控制涂料性能指标的重要因素。

1、湿润分散剂在极性活性基料中的应用

当无机颜料和具有活性吸附基的树脂聚合物配合使用时,特别像甘油和季戊四醇改性的醇酸树脂,分子中含有大量活性官能基。相对分子质量不算大,具有很强的极性。应该说它们是一种具有润湿分散功能的基料。从测定炭黑及二氧化钛在季戊四醇醇酸树脂中的分散情况得知,分散系的稳定性存在一个最佳树脂浓度值。

所谓最佳浓度值,是指研磨色浆时所用树脂的固含量。有活性基、相对分子质量分布宽的树脂,如上所述的醇酸树脂,当其与无机颜料配合时,树脂浓度高,小相对分子质量的、极性强的醇酸树脂会优先吸附在颜料粒子表面,造成树脂吸附层薄,位阻效应差,不可能获得稳定分散体。如果降低树脂浓度,比如选择 20% 30% 的树脂溶液为研磨基料,配合高颜/基比。这样做有两个好处,树脂浓度低会使色浆的粘度下降,有助于生产高浓度色浆,提高生产率。树脂浓度低可限制极性强、相对分子质量小的树脂的吸附,强调相对分子质量大的树脂吸附,有利于空间位阻效应。

还应指出,颜料在具有少量活性官能基树脂液中的分散与具有大量活性官能团的树脂液中的分散是有区别的。前者必须借助于分散剂的帮助,提高润湿效率,增强分散的稳定性;后者因活性官能基多,只要选择适宜的树脂浓度,恰当的颜 /基比,可以不使用湿润分散剂。但使用湿润分散剂可以缩短研磨时间提高分散效率。

为了获得更好的涂料性能,在含活性基的树脂液中使用分散剂,最好要让湿润分散剂先吸附在颜料粒子的表面上,为此要注意以下几点:

1)色浆研磨料的添加顺序,最好是先溶剂而后加湿润分散剂,再加颜料,最后加树脂液。

2)颜料表面特性,无机颜料要知道其表面的酸碱性。

3)树脂的活性基是酸性的还是碱性的。

4)再根据颜料表面的特性和树脂活性基及酸碱强度来选择湿润分散剂,一定要注意三者之间的酸碱性关系。

2、湿润分散剂在非活性基料中的应用

每种颜料的分散效率都是颜料、树脂溶液、助剂三者作用的结果。溶剂作用也很大,主要是分散介质,对颜料的润湿和分散是间接起作用的无机颜料在含活性基的极性树脂基料中分散时可以不用分散剂,而在不含活性基的非极性树脂基料中则不同,不加湿润分散剂是无法制成分散体系的。

苏联学者在过氯乙烯树脂中分散华蓝,经过 120h 的研磨,颜料细度>130 μm 。若在该分散系中的添加华蓝量 3%4% 的十八烷基胺, 24h 研磨分散,细度≤10μm, 约有 85% 的粒径是5μm 。如果助剂用量增加 2 倍,分散效果不再继续提高。如果超出华蓝的化学吸附量,分散效果变坏。

华蓝颜料表面具有两种活性中心。但胺的吸附量高于酸的吸附量,因为华蓝表面存在大量能与胺发生吸附反应的 [Fe(CN)6]-  4中心。十八烷基胺和硬脂酸在华蓝表面都没有物理吸附,而十八烷醇只有物理吸附没有化学吸附。

这个实例说明,在非极性的无活性官能基的基料中分散颜料没有湿润分散剂是办不到的,不但要用湿润分散剂,还要根据颜料表面的特性来选择湿润分散剂的种类,种类选定了还要注意添加量。

涂料中使用的无活性官能团的非活性树脂是很多的,比如乙烯类树脂、热塑性丙烯酸树脂、过氯乙烯、高氯乙烯、橡胶树脂等。因为树脂聚合物缺乏活性官能基很难在颜料表面产生牢固的吸附层,没有吸附层就无法产生空间位阻效应,所以分散体的稳定性就差。

在这种非极性树脂基料中,无机颜料可以采用低相对分子质量的控制絮凝型湿润分散剂,色浆制造时也一定要注意树脂浓度和颜/基比,这类助剂通过架桥达到控制絮凝,弥补了树脂和其自身相对分子质量小的缺点,能起到防沉、防浮色发花的作用。

有机颜料在这种基料中分散时最好选择高分子分散剂,关键是要注意分散剂与树脂的相容性、添加量和添加顺序。

3、湿润分散剂的添加量及添加顺序

湿润分散剂的添加量应根据添加剂的种类、颜料的种类、颜料的特性而定。

无机颜料一般用低相对分子质量的湿润分散剂,用量可控制在颜料量的 1%5%

有机颜料大多使用高分子分散剂,使用时首先要注意树脂与分散剂的相容性,相容性不好的高分子分散剂其伸展链是卷缩的,吸附层薄,空间位阻效应差。

每种颜料在一个特定的分散体系中都存在一个最佳的浓度值。这个最佳值与颜料的比表面积、吸油量、最终要求的细度、研磨时间和色浆中所用树脂聚合物的特性有关;要根据这些条件实验而定,在实验时一定要把设备因素考虑进去。

无机颜料,高分子分散剂固体分添加量,可按颜料吸油值的 10% 计算。

碳黑,高分子分散剂固体分的添加量,可按 DBP 吸附值的 20% 计算。

有机颜料,高分子分散剂固体分的添加量,按颜料 BET 20%50%计算,BET大的用量就要大些。

分散剂添加顺序,无机颜料、极性含活性官能基的树脂,可在树脂前后添加,影响不大,因起作用的主要是树脂。

若无活性树脂,使用高分子分散剂或低分子分散剂,最好是先加颜料,再加分散剂,最后加树脂。

要使分散剂更好地发挥作用,应当让分散剂与颜料表面有最大的接触机会。所以使用树脂含量不宜多,一般控制在研磨配10% 左右,以免让树脂占据颜料更多的表面,树脂用量大了对色浆的粘度不利。

添加顺序是先将分散剂加到溶剂中,在搅拌情况下添加颜料,加完后搅拌 510min ,最后添加树脂溶液,搅拌均匀后上磨粉碎至 5μm 以下。

赫斯迈功能化学品(新加坡)有限公司

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