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涂料百科:(十)颜料的分散与色漆的制备

信息来源:paintkey.com  时间:2010-05-24  浏览次数:147

  颜料的分散是制备色漆的关键步骤,颜料分散的优劣直接影响涂料的质量以及生产效率。
  1、颜料的分散过程
  颜料的分散有三个过程:润湿、分散和稳定。
  ⑴润湿
  颜料表面的水分、空气为溶剂(漆料)所置换称为润湿。溶剂型漆的润湿问题不大,因为溶剂(漆料)表面张力一般总是低于颜料的表面张力的。但是润湿要有一个过程,特别是因为颜料是一个聚集体,溶剂需要流入颜料的空隙。当溶剂粘度低时,润湿的速度可以很快。要注意加颜料和溶剂的顺序,要先加溶剂后加颜料。在水性漆中,由于水的表面张力较高,对于有机颜料的润湿便有困难,需要加润湿剂以降低水的表面张力。
  ⑵研磨与分散
  在颜料的制备过程中,颜料的颗粒大小是按规定要求控制的,但因为粒子间的范德华力,颜料的微细粒子会相互聚集起来,成为聚集体,因此需将它们重新分散开来,这便需要剪切力或撞击力。涂料中的研磨主要是剪切力。
  在学习粘度时已经知道,当剪速度(D)一定时,剪切力(τ)是和粘度(η)成比例的,即:τ=Dη
  可见粘度高,剪切力大,对于研磨是有利的,但研磨设备的电机的负荷能力决定了体系的η最高值,因此粘度不能太高。
  润湿的靠撞击力分散颜料时希望要低粘度介质(漆料),而研磨时需要高粘度;为了充分利用分散设备,则希望每批分散颜料的量大。如何平衡这三种要求呢?根据门尼公式,在体系中尽量多加颜料少加聚合物,是一个三全其美的办法。
  ⑶稳定
  颜料分散以后,仍有相互聚集的倾向,即絮凝倾向,为此需要将已分散的粒子稳定起来,也就是保护起来,否则,由于絮凝可引起遮盖力、着色力等下降,甚至聚结。要使颜料粒子稳定下来,主要可以通过两种方式:
  ①电荷稳定使颜料表面带电,即在表面形成双电层,利用相反电荷的排斥力,使粒子保持稳定。加一些表面活性剂或无机分散剂,如多磷酸盐及羟基胺等,可达到这一目的。
  ②立体保护作用立体保护作用又称熵保护作用。颜料表面有一个吸附层,当吸附层达到一定厚度时(>8—9nm),它们相互之间的排斥力可以保护粒子不致聚集。如果体系中仅有溶剂,因为吸附层太薄,排斥力不够,不能使粒子稳定。若在溶剂型漆中加一些长链的表面活性剂,表面活性剂的极性基吸附在颜料上,非极性一端向着漆料,可形成一个较厚的吸附层(8—9nm),但表面活性剂在颜料上只有一个吸附点,它很容易被溶剂分子顶替下来,如果加一些聚合物,聚合物吸附于颜料粒子表面,可形成厚达50nm的吸附层,而且聚合物有多个吸附点,可以此下彼上,不会脱离颜料,从而可很好地起保护作用。
  2、分散体的稳定作用
  一个稳定的颜料分散体,应该在存放时不致发生下列三种现象:
  ①颜料发生沉降;
  ②颜料发生过分的絮凝,以致损害流变性和漆膜的表观;
  ③由于颜料与介质间的物理或化学作用导致体系粘度增加。
  ⑴颜料的沉降
  Stokes公式υ=2τ2(ρ1-ρ2)g/9η表述了球形粒子在液体介质中沉降的速度,式中υ为下落速度,τ为粒子半径,ρ1为粒子密度,ρ2为液体密度,η为液体粘度,g为重力加速度。尽管颜料的沉降并不完全符合这公式的要求,但可作为讨论的基础。从式中可以看出,υ随粒子半径的减少而降低,随粒子和介质的密度差减少而降低,也随粘度的升高而降低,因此要尽可能用粒子半径小、密度低的颜料及高粘度的介质来防止沉降。、
  当颜料吸附有低分子量聚合物或表面活性剂时,粒子的直径会增大,不利于防沉降,但同时粒子的密度下降,可防止沉降,两者相比,前面一种效应可忽略。当用高分子量聚合物时,粒子吸附层更厚,可使沉降速度加快,但因为厚的吸附层密度低且具有很好的空间保护效应,防止了絮凝,因此可防止沉降,即使有沉降,沉降层很疏松,不致有严重絮凝与聚集,经搅拌易于恢复分散状态。防止比重大的颜料沉降的一个方法,便是用表面活性剂处理,如用硬脂酸处理的碳酸钙。防止沉降的另一个方法是增加介质粘度,这可利用涂料的“触变性”取得,即当涂料放置时,粘度很高,可成冻胶状。为了使涂料有触变性可在涂料中加入触变剂或增稠剂,在溶剂型涂料中主要有氢化蓖麻油,有机膨润土(蒙脱土)和醇铝等。
  ⑵颜料的絮凝
  颜料的粒子在介质中不断的进行布朗运动,亦即热运动,每个粒子具有一定的动能。粒子和粒子间不断发生碰撞,如果粒子的动能可克服粒子间的斥力便可导致相互密切的接触,从而产生絮凝。对未稳定的分散体系絮凝的速度(以粒子数的半衰期表示)可用下面的式子表示:t1/2=3η/4kTn0式中t1/2为粒子数的半衰期,即粒子数减半所需的时间,η为介质粘度,k为波兹曼常数,T为温度,kT为粒子的平均动能,n0为起始的粒子数。由式中可以看到,提高粘度可减少絮凝。但实际上,单靠提高粘度并不足以稳定涂料中的分散体,重要的途径是防止粒子碰撞过程中的互相接触。
  颜料粒子相互接近时通常有三个主要作用力:色散力、静电力和空间阻力。色散力是吸引力;静电力可以是吸引力也可以是排斥力,在涂料分散体中主要是排斥力;空间阻力总是排斥力。这些力的总效应决定吸引或排斥谁占优势,也即决定分散体系是否稳定。

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