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    润湿分散剂简介
    2020/8/7 17:18:37

    将各类颜料和填料加入到涂料油墨体系中,使这些固体粒子获得良好的润湿、分散和分散稳定性,很多情况下是涂料配方师面临的最具挑战性的工作,特别是配方中含有难分散的有机颜料或碳黑、多种颜料的共研磨、或是需使用通用色浆的调色体系,这种挑战的难度会愈加明显。

    1、颜料的润湿分散过程

    要将固体粒子分散到液体中,通常会存在三个不同的过程:润湿、分散和稳定化,其中稳定化是最为复杂的一个过程。

    -          润湿:

    润湿是分散介质在颜料表面进行接触,并随后进行铺展和对颜料粒子间的缝隙进行渗透的过程。在这一过程中,分散介质将完成对颜料表面的包裹,并将颜料表面原来吸附的空气和潮气完全排出。

    有效的润湿剂含有颜料亲和基团,降低分散介质与颜料表面的界面张力,改善分散介质对颜料的润湿性。

     

    -          分散:

        分散是通过对颜料施以足够的剪切力,使颜料附聚体分散成粒径合乎要求的细小粒子。

    有效的分散剂可以促进分散过程,缩短分散时间。

     

    -          稳定化:

    已分散的颜料粒子通过合适的稳定化机理,保持一定的粒子间距离,避免产生絮凝和返粗。

     

    2、已分散的颜料为什么需要稳定化

    由于分子间作用力,已分散的颜料细小粒子之间存在着相互吸引力,这种吸引力是与粒子之间的距离成反比的。也就是说,粒子靠得越近,吸引力越大。当然,由于颜料表面电荷的存在,颜料粒子之间除了相互吸引力外还存在相互排斥力,这种排斥力也是与粒子之间的距离成反比的。

    由于布朗运动,颜料粒子会相互靠近,当靠近至某个距离时,吸引力会变得大于排斥力,这样颜料粒子就会相互聚集在一起,产生絮凝,从而导致颜色强度下降、漆膜光泽降低、耐腐蚀性降低、体系流变性的不良改变等一系列弊病。

    因此,已分散的颜料粒子必须获得足够的稳定化,才能避免絮凝的产生。而要获得足够的稳定化,必须使得粒子间的排斥力大于吸引力,而这就是所有类型的润湿分散剂要干的最基本的工作。

     

    3颜料稳定化机理

       可以通过两种机理使颜料获得稳定化:电荷排斥稳定化机理或空间位阻稳定化机理。所有的润湿分散剂,都是通过这两种机理或者它们的组合来起到分散颜料的作用的。

     

    4、颜料润湿分散不良的表现:

       当体系中的颜料分散不良,通常会有如下表现:

      1)、颜色强度和颜色稳定性下降;

      2)、漆膜透明度下降(对于有机颜料)和遮盖力下降(对于无机颜料);

      3)、漆膜外观产生不良变化,通常表现为漆膜光泽降低和流平性变差;

      4)、体系的流动性降低;

      5)、产生浮色和发花现象;

      6)、漆膜防腐蚀性下降;

      7)、储存过程中产生分层;

       ……

     

    5润湿分散剂种类:

    在这里暂不考虑润湿分散剂的具体化学结构,只根据颜料亲和(或锚合)机理和分子量的不同来进行分类。根据这一分类方法,可大致将润湿分散剂分为传统的润湿分散剂和聚合物类润湿分散剂

     

    -          传统的润湿分散剂

    传统的润湿分散剂一般具有表面活性剂的类似结构,多含有1个或数个离子性端基作为颜料亲和结构。化学结构一般包括脂肪酸、聚酰胺、聚酯和聚醚。这类润湿分散剂可以降低液-固界面张力,改善润湿,缩短分散时间,对极性表面具有良好的锚合力,并有利于减少浮色和发花。传统的润湿分散剂分子量较低,一般不超过2000,通常用来分散钛白及其他无机颜填料。

    传统的润湿分散剂的颜料亲和基团是离子性的,对分散具有极性表面的无机颜填料是有效的,然而在分散有机颜料和碳黑时却往往无能为力,原因是有机颜料和炭黑并不像无机颜料那样具有离子性的表面,它们是碳、氢、氧和氮等原子通过共价键进行结合而组成的,表面极性低。同时,有机颜料和炭黑的粒径远小于无机颜料,粒子之间的排斥力较小,且具有更加剧烈的布朗运动,因而具有比无机颜料明显更大絮凝趋势。有机颜料和炭黑的这些性质,使得传统的润湿分散剂很难在颜料表面进行锚合,也无法提供足够的分散稳定性。

       对有机颜料和碳黑的分散,需要使用即将要介绍的聚合物类润湿分散剂。

    -          聚合物类润湿分散剂

    要对有机颜料和炭黑进行有效的分散,显然需要采用不同于传统的润湿分散剂的颜料锚合机理,由此诞生了现已被广泛使用的聚合物类润湿分散剂。

      与传统的润湿分散剂不同,聚合物类润湿分散剂主要通过以下3种作用来对有机颜料和炭黑表面进行锚合的:

      1)、取向力(偶极-偶极相互作用)

      2)、氢键

      3)、色散力(伦敦范德华力)

      另外,聚合物类润湿分散剂具有比传统的润湿分散剂大得多的分子量,通常为数千至数万,其主要目的是为了提供足够的空间位阻稳定性,而这点对于分散有机颜料和碳黑特别是高色素碳黑,是极为重要的。  

      目前常用的聚合物类分散剂多为聚丙烯酸酯类、聚酯类和聚氨酯类,这些结构为润湿分散剂提供了足够的相容性。足够的相容性是所有润湿分散剂发生作用的基础。

      聚合物类润湿分散剂的新发展是可控聚合技术的引入,包括可控自由基聚合和可控离子聚合。该技术使得分散剂分子中的溶剂化部分和颜料锚合部分分布更加规整,从而可改善润湿分散剂的润湿分散性,以获得稳定性更高、粘度更低的色浆。

    6润湿分散效果的测试:

      当颜料的研磨结束后,自然需要判断润湿分散效果是否满足要求。一般可以通过指擦测试和倾涂测试来进行判断。

     

    -          指擦测试

    颜料研磨结束后,将色浆配成最终配方,然后刮涂在试板上,用食指在固定的一点进行

    圆形擦拭,至漆膜半干结束。观察擦拭区域与非擦拭区域的颜色差异。

    如果擦拭区域的颜色比非擦拭区域更深,则表明有机颜料或者碳黑发生了絮凝;如果相反,则表明钛白发生了絮凝。

     

    -          倾涂测试

    颜料研磨结束后,将色浆配成最终配方,用适当的稀释剂稀释成低粘度,如涂-415秒左右,然后倾涂在洁净的玻璃板表面,倾涂完成后将玻璃板垂直放置至漆膜不在流动为止,再根据具体的固化方式进行成膜。完全成膜后,对漆膜进行观察。

    对于有机颜料和碳黑,如果获得了良好的分散,则可观察到外观均匀、透明和高光泽漆膜;而对于无机颜料,如果获得了良好的分散,则可观察到外观均匀、高遮盖、不透明和高光泽漆膜。

     

     

     

     

                                                                                                                                       广州首帆化工有限公司

                                                                                                                                                  研发部

     

                                                                                                                                                20208

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