您好,欢迎访问公司官网,我们将竭诚为您服务!
东莞市品胜化工材料有限公司
东莞市品胜化工材料有限公司

15113198883

东莞市品胜化工材料有限公司东莞市品胜化工材料有限公司
热门关键字:

热门关键字

产品分类

我们的产品性价比高

欢迎新老客户来电咨询 15113198883
联系我们

东莞市品胜化工材料有限公司
联系人:马先生
手  机15113198883
电  话0769-81585019
传  真:0769-81585269
邮箱:pinshengresin@126.com
地  址东莞市长安镇振安东路249号恒邦智创云谷1608室
当前位置:首页 -> 化工知识

润湿分散剂的使用

发布时间:2017-07-03 13:43:02点击率:

RSS订阅

                                         润湿分散剂的使用

润湿分散剂︱

1.     前言

涂料与油墨制造过程中的颜料分散剂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。要想制一个良好的颜料分散体有时必须要借助于润湿分散剂的帮助。

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。

润湿剂和分散剂都是界面活性剂,润湿剂能降低液/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。

润湿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,人们常称其为润湿分散剂。

2.     颜料的润湿性

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

2-1接触角与润湿

当夜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Γ

ΓSG = Γ SL + ΓLG COSθ-----------4 - 1

中  ΓSG---固/气界面张力

      Γ SL---固/液界面张力

      ΓLG---液/气界面张力

      θ---- 液体与固体的接触角

由式4 - 1可导出4 - 2式

ΓSG -- Γ SL

COSθ =----------------- ---------4 – 2      

 ΓLG

当ΓSG <Γ SL,那么COSθ<0,θ>90°。不润湿。当θ等于180°时,完全不润湿会形成水珠,滚动现象。

当ΓLG >Γ SG- Γ SL,则1>COSθ>0,θ<90°。液体可以润湿固体,但不会完全润湿,铺展不好。

当ΓLG = Γ SG- Γ SL,则COSθ = 1,θ = 0°液体会完全润湿固体,形成良好的铺展现象。

既然润湿是颜料由固/气界面交换成固/液界面,所以润湿效率BS应为:

BS = ΓSG -- Γ SL----------4 - 3

若将⑶式代入⑴式,润湿效果则为:

BS = ΓLG COSθ ----------4 - 4

因为ΓLG 和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。

2-2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,还有颜料集合体中空隙度的孔径和深浅,树脂基料的黏度。

Washborre 用公式表示了颜料粒子润湿的初始阶段、各种各样因素与润湿效果的关系

                          г3       

润湿效率= K ·гF1·COSθ--------- -----------4 - 5

                          ηL

式中    K ---常数

       ΓF1— 基料的表面张力

       Γ--- 颜料颗粒中的空隙半径

L--- 颜料颗粒中的空隙长度

η-— 基料黏度

4 - 5式中的“гF1·COSθ”就是4 - 4式所述的润湿效率。除此之外,Washborre把颜料粒子的状态、空隙度的大小及深浅,还有树脂基料的黏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:

⑴扩散压力非常小(界面张力高,如疏水性颜料在水中分散)。

⑵颜料颗粒中空隙度的孔经小而深(微粒颜料高密度充填的粒子,如絮凝体颜料粒子)。

⑶基料黏度高(与研磨粉碎相反,在高粘度下可获得强的剪切力,能提高研磨效率,但对制高浓度颜料色浆却不利)。

⑷要提高润湿效率,采用润湿分散剂降低界面张力,减小接触角是一个非常有效的方法。

3.     颜料分散体的稳定性

分散体稳定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、开罐质量不佳,出现浮油、分层、沉淀等不良现象。

3-1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X。

那么小粒子的个数为L3 / X3(个)

那么粉碎后小粒子的总面积为:6 X 2·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、角的变化如表一所示。

表1边长由5µm变成0.5µm总面积边角等的变化情况

边长

粒子个数

总边长

总面积

总角数

5µm

1

5×12=60(µm)

5×5×6=15(µm)2

8个

0.5µm

10×10×10=1000

0.5×12×1000 = 6000(µm)

0.5×0.5×6×1000=1500(µm)2

8×1000=8000(个)

由上表可知,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,假设分散体内部的自由能没有变化,分散系的自由能就受Gs =Γs支配。表面张力Γ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面积、边、角都是疏液的,若得不到润湿及很好地能障保护,这些新粉碎的细小微粒更容易产生絮凝。

3-2颜料沉淀

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、比重、絮凝度等诸多因素影响的。

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


   

 2a2(ρ-ρ°)g

ひs=-------------- ----------4 - 6

        9η

式中  ひs—- 是等速运动的终点速度;

      a----- 粒子半径;

ρ---- 分散相的密度;

ρ°-- 分散介质的密度;

g --- 重力加速度。

Kersse 将Stokes公式简化成⑺式

ひ=(ρ-ρ°) a2 ------- 4 - 7

   可用该式探讨设计涂料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、Tio 2和Fe2O3制浅红色漆。

醇酸树脂密度  0.98 g/㎝3

Tio 2    密度  4.20 g/㎝3,      细度     0.25µm

Fe2O3    密度 5.00 g/㎝3,      细度     0.25µm

Tio 2 的沉降速度,(4.2 - 0.98)× 0.252 =0.2005

Fe2O 的沉降速度,(5 – 0.98)×0.052 = 0.01005

钛白的沉降速度大约是铁红的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润湿分散剂,该颜料分散体系还是比较稳定的。

制造天蓝色油漆时,经常采用钛白与酞青蓝组合,该分散体的稳定性非常差,经常出现浮色、发花现象,其原因是钛白密度高,粒径比较大,运动速度缓慢。酞青蓝密度低,粒径小,运动速度快。当Tio 2沉降,酞青蓝处于分散状态时,会浮兰。因酞青蓝运动速度快,碰橦机率大,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兰、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钛白粉,配合恰当的润湿分散剂。比如以R-820钛白配合国产的酞青蓝,再以Tego Glide 450流平剂为润湿剂,以TegoDispers 610为分散剂,颜料混合后共同上磨研磨,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,就会出现沉降体积,出现浮色、发花等不良现象。要减少沉降速度,只有减小粒经,粒径变小又会出现热力学的不稳定现象。为克服这些弊病只有借助于润湿分散剂的帮助。

4.     分散体系的稳定机理

分散体系的稳定机理主要有电荷斥力学说和空间位阻学说。

4-1 DLVO 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。




图4-1离子氛重叠

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障效应,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叠时,重叠区离子浓度变大,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叠区域向外扩散,其结果正电荷离子产生斥力,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总能量V为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。

由图2可知,单个粒子相距较远时,离子氛重叠,只有引力起作用。就是图中的第二极小区域,总势能为负值。

这是粒子间相吸产生的絮凝物是松软的可逆的。随着距离缩短,离子氛重叠,如图1(b)所示,斥力开始出现,总势能逐渐上

图2粒子间相互作用的电势能曲线图

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。距离在缩小,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。如果小于动能(KT)的2-3倍,由于引力VA的作用,粒子间将产生凝聚。若离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在20~25 KT以上时,粒子间由于斥力作用,凝聚不会发生。

KT = m V -----------4 - 8

式中  m --- 粒子质量;

      V ---- 粒子运动速度;

      K ---- 波尔兹曼常数;

      KT --- 微粒热运动平均能量;

VR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度K决定的。

4-2 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。

 Mackor首先指出位阻稳定,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。这种引力作用会导致θ点附近的分散胶粒产生絮凝

通过实践证实,具有最好空间位阻作用的分散剂应具有颜料锚定基,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溶液相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。一旦吸附层重叠,可以靠重叠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,还没有重叠时,相互之间不发生作用。吸附层重叠时会出现以下两种现象:(见图3)

①     渗透压效果或反溶剂化效果;(△GM

②     防碍吸附层中高分子链运动的熵斥力。(△GV)

根据赫西克(Hesselink)等的计算,Ottewill,Walker 得出了△GM的计算公式



            4πK T C2a                h           h

     △GM-------------(Ψ1-K1)(δ- ---)(3a+δ+---)-------4 - 9

              3V1ρ22                   2           2


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是从测定聚合物黏度求出来的数值。在良溶剂中为正值,在贫溶剂中为负值。因

此,在良溶剂中△GM>0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。






图3厚度为δ的两个粒子接近时吸附层重叠的情况

关于△GV还提不出象4-9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叠时,在重叠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消减,重叠区域内熵斥力减少。因为一个体系总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 =  △H f  - T△Sf

  Napper 等使用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。

⑴当△H f>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。

⑵当△H f<0,△Sf<0时,焓增加不利,熵增加有利于稳定。是熵稳定。

⑶当△H f>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,首先是范德华引力VA;容积限制的熵斥力GV>0;渗透区或反溶剂化效果GM>0或GM<0;吸附链的吸附交联能Gad<0;前面讲的电荷斥力Ge>0。Gv熵斥力是正值,在良溶媒中Gm也是正值,只有Gad是负值。只要使粒子表面达到饱和吸附,有足够厚的吸附层,基本可以保证分散体系的稳定性。

5.     润湿分散剂类别

润湿分散剂按分子量之别可分成低分子量的传统型的表面活性剂和高分子量的新型的具有表面活性的聚合物。

低分子量的润湿分散是指分子量在数百之内(800~1000)的低分子量化合物。

高分子量润湿分散剂是指分子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,又被划分为水性润湿分散剂和油性润湿分散剂。还有即可在水性领域也可在油性领域中应用的水油两性润湿分散剂。

5-1低分子量润湿分散剂

这类润湿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C17H33COO-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C17H33CH2NH3+ -OOCCH3 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.多用于水性体系。

④    两性润湿分散剂,分散剂同时具有两种离子性质。例如卵磷脂




⑤         电中性是指化合物中阴离子和阳离子后都有大小相同的有机集团,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有几支电中性的产品。例如[CH3 –(CH2)x- CH2-NH+3-][OOC- CH2-(CH2)x- CH3]。

按应用效果,可将这类分散剂划分成解絮凝型和控制絮凝型两大类。

解絮凝的润湿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。另一端伸展在分散媒中起稳定作用。这类分散剂多推荐用在面漆中,可降低涂料的黏度、改善涂料的流动性,提高涂膜光泽。

控制絮凝的润湿分散剂,是通过分散剂的絮桥作用,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:

⑴以游离的分散剂为桥,通过极性分散剂与吸附在颜料粒子上的分散剂的极性基相连结构成单元絮凝体。

⑵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。

⑶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 






⑴游离分散剂架桥     ⑵分散剂吸附层第二层相连    ⑶吸附的分散剂直接相连

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,结构粘性降低。当剪切速率去消时,粘性会恢复。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,弥补了因分子量低空间位阻效应不足的缺陷。

低分子润湿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,牢固地锚碇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C、H、O、N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向无机颜料那样的活性中心。因此,传统型的润湿分散剂不能稳定有机颜料分散体。而多数被推荐用无机颜料的分散。对于有机颜料需要使用高分子润湿分散剂。

5-2高分子润湿分散剂

传统型的低分子量的润湿分散剂有确定的分子结构和分子量。但高分子分散剂却与其不同,分子结构和分子量都不固定。它是不同分子结构和不同分子量的分子集合。分子量大的在5000~30000之间,有的可能比这还高些。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上,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聚酯构成的,它能在多种溶剂中有效。较高分子量的聚酯在芳烃类溶剂中可容。而较低分子量的聚酯在酮、酯类溶剂及二甲苯/丁醇混合之类的溶剂中有很好的溶解性。所以聚酯化合物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相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相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才是最重要的。所以在选择使用高分子润湿分散剂时除要注意其与树脂溶液的相容性,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殊性和吸附机理而设计的。对于具有酸、碱性吸附中心的颜料可以采用胺类、铵、季铵基团;羧基、磺酸基、磷酸基及其它盐类,酸式磷酸盐、磷酸酯等均可为锚定基。通过酸/碱或离子对吸附在颜料粒子表面上。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吸附的颜料可采用聚氨酯类化合物为锚定基。对于象酞青蓝、二恶嗪紫类有机颜料可采用它们自身的衍生物为锚定基。

了解了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。

6. 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,保证颜料的湿润和分散的稳定性,是控制涂料性能指标的重要因素。

6-1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。特别象甘油和季戊四醇油改性的醇酸树脂,分子中含有大量活性官能基。分子量不算大,具有很强的极性。应该说它们是一种具有湿润分散功能的基料。从测定碳黑及钛白在季戊四醇醇酸树脂中分散情况得知,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,分子量分布宽的树脂,如上所述的醇酸树脂。当其与无机颜料配合时,树脂浓度高,小分子量的极性强的醇酸树脂会优先吸附在颜料粒子表面上,构成的树脂吸附层薄,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%或30%的树脂溶液为研磨基料,配合高颜/基比。这样做有二个好处,①树脂浓度低会使色浆的黏度下降,有助于生产高浓度色浆,提高生产率。②树脂浓度低可限制极性强的,小分子量树脂的吸附,强制大分子量树脂的吸附,有利于空间位阻效用。

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掖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。若使用湿润分散剂也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:

⑴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。

⑵颜料表面特性,无机颜料要知道其表面的酸、碱性。

⑶树脂的活性基是什么,是是酸性的还是碱性的。

⑷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。

6-2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,对颜料的湿润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120个小时的研磨,颜料细度还高于130µm。若在该分散系中加添华蓝量3~4%的十八烷基胺,24小时研磨分散,细度不超过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、热塑丙酸树脂、过氯乙烯、高氯乙烯、橡胶树脂等等。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不良。

在这种非极性树脂基料中,无机颜料可以采用低分子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分子量小的缺欠,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,关键是要注分散剂与树脂的相容性,添加量和添加顺序。

6-3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。

无机颜料一般用低分子量的湿润分散剂就可以,用量可控制在颜料的1-5%。

有机颜料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,高分子分散剂的伸展链是卷缩的,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。这个最佳值跟颜料的比表面积、吸油量、最终要求的细度,研磨时间和色浆中所有树脂聚合物的特性有关,要根据这些条件试验而定。在实验时一定要把设备因素考虑进去。

EFKa公司关于高分子分散剂的添加量推荐了许多方法

无机颜料,高分子分散剂固体份添加量,可按颜料吸油值的10%计算。

碳黑,高分子分散剂有效份的添加量,可按DBP吸附值的20%计算。

有颜料,高分子分散剂有效份的添加量,应是颜料BET的20-50%。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,可在树脂前后加添,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。

要使分散剂更好的发挥作用,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,一般控制在研磨配方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黏度不利。

添加顺序是先将分散剂加到溶剂中,在搅拌的情况下加添颜料,加完后搅拌5-10分钟,最后加添树脂溶液,搅拌均匀后上磨粉碎至5µm以下。

以上对湿润分散剂的种类、结构组成,应用机理等作了简要介绍,仅供读者参考。

参考文献

1、胡英、陈学让、关树森  表面化学《物理化学》P. 64  人民教育出版社  1979年

2、Peter Quednal 非水系涂料(二おサる湿润分散)《涂装と涂料》NO 374   P.46-48  1982年

3、EDWARD.W.ORR  浮色和发花现象,《涂料助剂大全》朱传棨等译  上海科学技术文献出版社,  2000年

4、北原文雄分散系の物理化学——颜料の分散、凝集と界面电气、吸着层《色材协会志》Vol.so No 11  12月1977年。

5、大薮榷昭  颜料分散とその界面科学《色材协会志》Vol .59 No2 P.23-24 1986年

6、沈一丁  表面活性剂的基本性质  《高分子表面活性剂》  化工出版社P.11

-12  1986年。

7、神原正善易分散性粒状绀青组成物及ひその制法   特许公报  昭52-970

8、JOHN.D.SCHOFIELD  聚合分散剂《涂料助剂大全》P.409-412  朱传棨等译  上海科技文献出版社  2000年

9、C.И.Tolemaa, C.A. WaSahoba《πpucuehehue nobepxhocmHo-akmubhux beueecmb blaRokpacovhou npollbcwilehhocmu》C.13-60 C.88-12. Macrbo Wzgamelbembo Xuiiua

10.小标敏滕简井晃-池田承治颜料分散用树脂の研磨,两性アルキド树脂の颜料分散に对する-酸、盐基相互作用の影响。《色材协会志》Vol 61 No.12 P.692-698.1988年

11.分散技术EFKA润湿分散剂的机理、功能和成效P.8-11






湿润分散剂

一、传统型表面活性剂                              

传统型表面活性剂一般分为四大:                     

阴离子型表面活性剂,亲水基带负电荷,例如烷基苯磺酸钠、Tego Dispers 610 610s,使用時要注意其酸价对性能的影响。还有聚丙烯酸钠盐(Dispers-715w)对无机颜料具有良好的润湿分散性、要注分子量的大小。琥珀酸二异辛酯磺酸钠(D0-75)即可作颜料的润湿分散剂使用,又可作基材润湿剂使用。还特别适合高剪切速率下的涂装,对基材有良好的润湿性、还可有效地改善涂膜的展布性。

   TEGO Dispers 651是特殊改性的聚醚,

实际是把壬基酚中的苯酚换成氧化苯乙烯。乙烯基的双键打开一边接一个氧,前边的氧与烷基相接,后边的氧与乙氧基相接,这样

烷基上就不带苯环了,变成脂肪链。这个苯环对疏水颜料有极強的亲和性。再将乙氧基磷酸化,再进一步用胺中和就变成了阴离子型表面活性剂。阴离子型还有655。类似产品还有650、652、但它们是非离子型。

    用651可以制髙浓度铁系颜料色浆,该色浆可用于水性涂料也可用于溶剂型涂料。                 

阳离子型表面活性剂,亲水基带正电荷

例如C17H35CH2NH3+ -OOCCH3、十八烷基二甲基苄基氯化铵、皮革涂饰用的阳离子型手威剂9800、9820、9830、9850等。阳离子型表面活性剂在颜料分散中用量不多,特别是溶剂型涂料几乎没有,水型涂料为了与树脂类型配套必须使用的,如皮革涂饰剂用阳离子型树脂,助剂必须采用阳离子型的。

   非离子型表面活性剂、不带电、不电离。

主要有乙二醇型和多元醇型的。例如烷基酚聚氧乙烯醚(OP-4一OP-40系列产品)、TEGO公司的Dispes 740W是一个非常好的润湿分散剂。可用于建筑涂料、水性色浆、乳                   

化性也很好,其分子式:R-COO(CH2CH2O)nH。

是一种高级脂肪酸的聚氧乙烯酯。非离子型表面活性剂。上面介绍了650系列非离子型产品。650用于有机颜料;651+652可用于无机颜655用于Tio2的分散是有效的。

电中性表面活性剂

电中性是指化合物分子中阴离子和阳离子基团大小相同,整个分子呈电中性,但却有极性。例如十八烷基胺十八烷基酸合成的油酸油酰胺,便是电中性化合物。这类分散剂即可以和颜料表面的酸性中心反应又可以和碱性中心反应。迪高的Dispers-630、700都是这类产品。BYK这类产品也很多此如Anti-Terra-U、Anti-Terra-203、204、205、206等。Tego-700类似BYK-AT-U、Tego的630类似BYK-AT-204。

二、髙分子型湿润分散剂                           

高分子型颜料湿润分散剂,有着不同分子结构和不同分子量的分子集合,相对分子质量大约在5000-30000之间,有的比这还大些。多数是带支链的和线性长链的聚氨酯、丙烯酸和聚酯类化合物。与颜料亲合的锚定基位于聚合物主链的关键部位,其个数由几个到几百个。

髙分子型湿润分散剂由两部分组成:伸展链,多数為聚酯、丙烯酸化合物、聚氨酯等。锚定基,多数为胺类化合物,叔胺为多。还有羧基、磺酸基、磷酸基以及其他盐类,酸式磷酸盐、磷酸酯盐等。

高分子分散剂应用时要注意以下几方面:

⑴、           髙分子分散剂与树脂的相客性。

⑵、           髙分子分散剂的添加量,原则是

使颜料表面达到饱和吸咐。无机颜料可按吸油量的10%计祘,有机颜料按BET计祘,添加BET的25-50%,比表面积越大加得越多。炭黑可按DBP吸附值的20%計祘。还有以下

方法:测定粘度曲线值;丹尼尔流奌测定法流奌测出后再乘上系数,系数大小要根据颜料分散的细度要求及体系的配比而定。

⑶、           分散剂的添加顺序

①           无分散性的树脂(非极树脂),溶剂-分散剂-搅拌-颜料-搅拌-少量树脂-搅拌上磨。

②           有分散性的活性树脂(极性树脂),溶剂-树脂-分散剂-搅拌-颜料-搅拌-上磨研磨

在这个研磨色浆体系中树脂是起主要润湿分散作用的,分散剂只起辅助作用。分散剂的添加量可适当减少,这种极性树脂种类不多,最常用的是長油醇酸树脂。所以,长油醇酸树脂可以不用湿润分散剂。但必须有良好的研磨轧浆配方。

三、传统型表面活性剂与髙分子型表面活性剂的区别

        传统型         髙分子型

分子量      小(两亲结构)    大(无定型)

吸附点      少(1-3)        多(数个数百)

吸附层厚度  厚             薄

吸附牢度   易脱落         非常牢固

水的敏感性  较敏感         不敏感疏水

应用范围    无机颜料       有机颜料

作用方式    控制絮凝       觧絮凝

水性应用    电荷作用       空间位阻

胶朿        易形成胶朿     不易形成

   另外还有一种分子量在数千到一万之间的化合物,对它们没有明确的定义划分。就分子量而言应数高分子范畴,但其作用原理和吸咐奌与高分子分散剂又不相同。这些分散剂在水性中具有良的效果。因为离子型表面活性剂只有在水中才能电离,产生电荷,拥有电荷保护作用。在溶剂中,离子型分散剂是不会电离的,只有空间位阻作用,所以分子量要有足够大才行,分子量小构不成远程排斥。这类分散剂有Tego-Dispers-715w、SN-5040、Tamol-73l。Tego水油两用的650系列产品,也应数这个范围内的分散剂,在水中电离、即具电荷保护作用。又有空间位阻效应。

四、Tego颜料分散剂

  传统型表面活性剂:Dispers-610、610S、630、700、7l5w、7l6w、740w。

  6l0、6l0S、630是控制絮凝型助剂、630控制絮凝程度优于6l0。控制絮凝可以起到防浮色发花的作用、对光泽不利。700是觧絮凝型对降粘、光泽有利、但对防沉防浮色发花不利。

  传统型高分子类分散剂:Dispers-650、65l、652、655(这类都是水油两用的,烷基亲油、乙氧基亲水,因此可以水油两用)。

  高分子类分散剂:Dispers-7l0、685、735w、745w、750w、752w、755w、762w。

  传统型表面活性剂+ 高分子型表面活性剂:Dispers-760w。

由上述可见Tego传统型分散剂,溶剂型高分子类分散剂种类比较少,不容易取得市坊下,我们的市场在水性方面。

Tego  Dispers-650 65l 652应用举例        

  Bayferrox   Bayferrox   Bayferrox   Bayferrox

               3910       140 M      Yellow       oxide

                                     L1100       Green GN

               PY 42      PR 101     PY 184        PG 17

WATER           30.10        23.90      20.90       23.10

DISPERS 651     12.80        14.00      18.00       10.80

DISPERS 652      1.00         1.00        -           -

DEFOAMER         1.00         1.00       1.00        1.00

BIOCIDE          0.10         0.10       0.10        0.10

PIGMENT         55.00        60.00      60.00       65.00

分散剂有效份

占颜料的比例     7%            7%         9%          5%

上边配方研制的色浆可以用到溶剂型长油醇酸体系涂料中,水性丙烯酸涂料中。

东莞市品胜化工材料有限公司 版权所有© Copyright 2017
*本网站中所涉及的图片、文字等资料均属于东莞市品胜化工材料有限公司所有,未经许可不得转载*