颜料的润湿性主要取决于颜料表面的化学和物理特性。颜料的分散包括三个过程:颜料粒子表面吸附的空气被分散介质所代替,即润湿过程;颜料聚集体在机械力作用下破碎,形成原生粒子或较小的聚集体,即机械粉碎分散过程;防止分散后的颜料粒子或较小的聚集体再聚集,即稳定过程。想要获得比较稳定的颜料分散体系,必须依靠润湿分散剂的帮助。
润湿分散剂的发展趋势之一是向高相对分子质量发展。近年开发的具有颜料亲和基的高分子聚合物分散剂分子量更大,在颜料表面上吸附牢度更强,空间位阻效应更强,使水性色浆的颜料分散技术得以快速发展。这类分散剂是一类新型高效的聚合物型分散助剂,克服了传统分散剂在分子结构上的局限性, 在水性体系中具有良好的分散效果。它主要通过锚固基团吸附在颜料颗粒表面,通过亲水性溶剂化链分散在水中, 进而能够快速而充分的润湿颗粒,增加其在水中的亲和力;通过空间位阻作用和双电层作用,使分散的颜料颗粒不容易聚沉或絮凝,增加分散体系的稳定性。
颜料的润湿和分散是色浆生产的关键,本文根据科迪公司常用的润湿分散剂,针对不同颜料色粉特性,对润湿分散剂的选定提供一种快捷方法,为以后产品的改进和研发提供一定的依据。
实验部分
实验试剂及设备
润湿分散剂、颜料等色浆配方组成所需原材料: 广州市番禺科迪色彩有限公司提供; 色差计: 美国DATACOLOR;旋转粘度计:广州市标格达实验用品有限公司;分散机、恒温恒湿干燥箱、涂布器:上海现代环境工程技术有限公司;电子天平、烧杯:市售。
实验采用方法:粘度法
将润湿分散剂和水按照一定比例在高速分散机下(500 r/min)均匀混合, 然后添加颜料,在1500 r/min 下,分散15 min(文中除特殊说明,所用的分散剂:水:颜料均按照4:1:5 的比例), 测定其分散液的旋转粘度。然后分析对比,筛选合适的分散剂进行配方验证。
实验结果与讨论 (图片) 从表1 可以看出,由于酞菁绿本身密度稍大,大多分散体系在静置一段时间后都出现结底的现象,这样可能在同等条件下选择。从表中可知,润湿分散剂B 无论是分散状态还是体系的粘度, 都能说明对酞菁绿的分散状态比较好, 其次分散状态较好的为润湿分散剂D、F、E 、C 和G。所以考虑以润湿分散剂B 为主分散剂,并与其他几种分散剂进行搭配。表2 为研磨实验后助剂选择的验证实验结果。(图片) 色浆研磨后状态:粘度小,流动性良好。
将以上三个配方色浆在涂料中的展色力对比如下(以1# 为标准)(图片) (图片) 颜色指标是采用电脑测色仪得出的结果,这里:
△ L 表示明暗度。如为正值,说明明暗度较亮:负为较暗。
△ a 表示偏红或偏绿。如为正值, 说明偏红:负为偏绿。
△ b 表示偏黄或偏蓝。如为正值, 说明偏黄:负为偏蓝。
△ E 表示总色差。
△ str 表示着色力差。(下面的相同内容均不再做说明)
以上三种配方分散分散状态良好, 从表2 可知,配方1# 展色力最好,即说明润湿分散剂B 和D 搭配,色浆的着色力明显提高,这与粘度法对分散剂的选择的结果一致。(图片) 从表3 从可以看出,对于颜料红萘酚AS(P.R.112)有较好的润湿效果的较好的是润湿分散剂E、B、A,其次为H 和G。现将分散剂E 作为主润湿分散剂,搭配其他分散剂研磨色浆。配方1#(E&B),配方2#(E&A),配方3#(E&H),配方表在此不一一详述。
色浆研磨后流动性:2# > 1# > 3#
将以上三个配方在涂料中的展色力对比如下(以1# 为标准)
(图片) 以上结果表明,配方2# 流动性和展色力均最好,即说明润湿分散剂E 和A 搭配,色浆的着色力明显提高, 流动性明显要好,这与粘度法对分散剂的选择的结果一致。 (图片) 表4 可知,对于颜料碳黑(P.BK7) 有较好的润湿效果的较好的是润湿分散剂D、M和F,其次为N,所以对润湿分散剂D、M、F 和N 进行搭配。配方1# (D&M), 配方2#(D&F), 配方3#(D&N)。
色浆研磨后的流动性比较:1# > 3# > 2#
将以上三个配方在涂料中的展色力对比如下(以1# 为标准)
(图片) 以上结果表明,润湿分散剂D 与M 组合,无论是色浆研磨后的流动性还是展色力都要优于其他分散剂。这也验证了粘度法的结果。(图片) 从表5 从可以看出,对于颜料黄(P.Y74)有较好的润湿效果的是润湿分散剂B、G、L 和A,其中润湿效果最好的是润湿分散剂B,要优于其它试剂。将以上几种润湿分散剂搭配,组合配方1#(B&G), 配方2#(B&L), 配方3#(B&A)
以上配方研磨色浆后的流动性比较:1# > 2# > 3#
将以上三个配方在涂料中的展色力对比如下(以1# 为标准) (图片) 对以上数据分析可知,通过粘度法筛选出的配方润湿分散剂B与G搭配, 研磨的色浆无论是流动性还是展色力都是最好的,这与粘度法测得的结果相同。(图片) 从表6 从可以看出,对于铁黄色粉有较好的润湿效果的较好的是S、V、B、T、U 和R,其中润湿效果最好的是S, 要优于其它试剂。将S 分别与V、B、T 组合,配方1#(S&V), 配方2#(S&B), 配方3#(S&T)。
研磨后状态:分散粘度小,流动性均良好。
将以上配方在涂料中的展色力对比如下(以1# 为标准)(图片) 对以上结果分析可知,通过粘度法筛选出的配方S 与V 搭配是最好的, 从表中可以发现,在分散剂等量时V 略优于B、T,但是优势并不明显,因为V、B、T 对铁黄(P.Y.42)色粉的分散润湿效果差别不是很大,这与粘度法测得的结果相同,这说明粘度法测得的结果具有一定的参考意义。(图片) 结论
从上述实验结果可知,粘度法对润湿分散剂的快速选择存在一定的指导意义。在实际工作中,我们可以通过此法选择出一种(或几种)分散效果最好的起主要作用的润湿分散剂,然后进行合理搭配。
粘度法在一定程度上减少对助剂选择所需的工作量,但是对于配方组成的最终助剂选择还是需要一定的工作验证。因此,对于此法的研究,还需要更多的工作者进行补充说明,以形成一套更为系统的方法。
12/24/2014
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