3.1颜料分散原理.doc 11页

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  • 2020-10-17 发布
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    3.1颜料分散原理 3.1.1简介 开发性能稳定而且各方面都没有缺陷的涂料配方是一个综合性的课题。其中尤其复杂的部分就是把固体的颗粒润湿分散并且稳定在体系中。而对颜料的稳定分散是着色涂料中最重要的因素。因此有关固体颗粒在液相中分散的高分子化学及胶体化学的理论有助于我们了解清楚润湿、分散和稳定的过程。下面首先介绍的是涂料中的“润湿”、“分散”和“稳定”的定义。 一、润湿 总的来说,“润湿”是指液体在固体表面的附着-展布,以及向固体聚集体内部渗透。因此“润湿剂”是指添加在液体中的少量具有表面活性的物质,它能非常高效地帮助液体完成对固体的“润湿”过程。因此,润湿剂应具有表面活性剂的性质同时又含有对固体表面有强吸附能力(锚定能力)的基团。 二、分散 分散是指迫使原先聚集的颗粒移动而相互分离开来成为更小的颗粒。最理想的分散是将聚集的颗粒的大小降低到其固有的原级颗粒大小。然而实际上对许多颜料来说,完全达到理想的状态是不可能的实现的,通常只是部分颗粒达到或接近理想状态。总体上的分散状态主要由机械力决定,例如搅拌和研磨给予的剪切力,以及研磨的介质等。分散剂能够加速分散的进程,改进分散体的状态使之更容易被分散开。 三、稳定 稳定作用是包含着最复杂机理的过程。它是指能使已分散开的固体颗粒相互保持一定的距离而避免重新结块、聚集、絮凝,并且在长期储存后仍能保持的作用。这是好的分散剂必须具备的能力。由于分散在液相的固体颗粒有着由于布朗运动而相互碰撞进而重新聚集的本性,因此如何提供可靠的稳定作用成为保证涂料高品质的重要前提。 3.1.2结块、聚集和絮凝 在涂料中绝大多数情况下,需要分散的固体颗粒是颜料、填料,也有作用其他特殊用途的固体料诸如防火阻燃剂、防污剂、蜡类、消光剂等等。而颜料无疑是其中占重要地位的。因此我们必须深入讨论关于颜料分散行为的机理。 首先让我们看看为什么颜料即便在树脂-溶剂体系中很好分散后仍然发生絮凝。 正如上文提到的,固体颗粒总是在运动着的,因此,它们每秒甚至在更短的瞬间都在做不停的相互碰撞,只有存在某种外加的作用力阻止了它们的碰撞后,分散体系才会稳定。然而由于颜料分散后的粒径非常小,一旦产生了相互作用,其作用力很强,因此对已经絮凝的颜料通常都需要重新研磨才能恢复,而要稳定已分散的颜料颗粒就必须从组织它们相互靠近着手。 结块和聚集是指颜料非常强地相互作用在一起,以至于可以通过细度计明显地看到体系细度上升。这类情况通常必须施加剪切力,例如再研磨才能重新分散颜料。 而絮凝一般并不会明显地导致细度上升。因为颜料通过比较小一些的氢健力或本身就弱的伦敦-范德华力部分地絮集在一起,即便在很小的剪切力下:例如喷涂,刷涂,甚至细度计刮板带来的剪切力下,絮凝就暂时解开了,然而一旦外力消失,它们又会很快重新絮凝起来。这种情况即便体系经过很充分的研磨仍然会存在,这也是我们需要克服的主要问题。 一、絮凝力 分子间作用力诸如伦敦-范德华力、偶极力、氢键和离子力等是主要的絮凝力的来源。固体颗粒的直径在絮凝倾向中是非常重要的因素,而另一个重要的因素就是两个颗粒之间的距离。 VA~D/S VA=吸引力作用能 D=颗粒的直径 S=两个颗粒间的距离 由此可知,如果必须要把颗粒分散到很小的粒径,那么保持两个颗粒之间的距离是对抗它们相互吸引力的最好方法。 同时需要指出的是,两个颗粒之间并不只有吸引力作用,而是同时存在着斥力作用。无机颜料的表面电荷以及有机颜料表面存在的静电作用力都可能带来颗粒间的斥力。这些斥力与颗粒表面典型的双电层的厚度有关: VR~E.δ.D/S VR=排斥力作用能 D=颗粒的直径 S=两个颗粒间的距离 E=液体中介带有的正/负电荷 δ=颗粒表面正/负电荷构成的双电层的厚度 这样我们明确了利用和控制颗粒间的排斥力是获得稳定分散的关键。实际上,添加分散剂,无论是传统的润湿分散剂还是高分子量分散剂,都是在通过不同的机理增加颗粒间的排斥力。 在传统的润湿分散剂中,我们通过使颜料颗粒表面带上相同的电荷来增加排斥力。而在高分子量分散剂则是通过空间位阻避免颗粒运动至相互接近,在一定的距离上,颗粒之间要么是排斥力占主导地位,或者当距离更远时,吸引力和排斥力都趋近于0。 3.1.3达到稳定化的途径 有多种不同的方法来达到颜料的稳定分散: 一、颜料的预处理 在颜料生产过程中预先对颜料表面进行处理能使它更容易被树脂润湿和稳定。这种预先处理通常包括在颜料的制造过程中提高颜料表面的极性并赋予其多种极性基团;或采用能够接枝上颜料表面的活性剂;或采用树脂对颜料进行预先包覆处理。对于涂料来说,前两种方法通常不能满足要求,尤其是在润湿能力本来就较差的树脂体系中。采用树脂预包覆的方法在某些相容性好的体系中有效,但涂料用树脂体系庞杂,从水性直至溶剂型体系差别巨大,而要求用一种通用的树脂

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