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助劑 | 分散劑在水性納米無樹脂色漿中應(yīng)用

文章出處：網(wǎng)責(zé)任編輯：青島賽諾作者：青島賽諾人氣：-發(fā)表時間：2017-10-18 09:00:00【大中小】

青島賽諾

概述

水性納米色漿是通過先進的技術(shù)、精密的設(shè)備及合理的控制將普通顏料離子納米化或通過納米材料與普通顏料適當(dāng)復(fù)合達到水性化和漿料化，使其具有量子尺效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀粒子隧道相應(yīng)、介電限域效應(yīng)等納米離子的特殊效應(yīng)。納米超微粉碎技術(shù)用于水性色漿的制備，可使顏料分散體的粒徑變小，粒徑分布變窄，可改善色漿的著色強度、色光、抗紫外線、透明性、抗菌防霉及狀態(tài)穩(wěn)定性等，有些色漿還具有普通顏料無法比擬的分散性。例如氧化鐵紅的超微細化消除了由磁性吸引力而引起的絮凝現(xiàn)象，因而易分散，由優(yōu)良的抗絮凝性。

目前色漿的生產(chǎn)大體可分為有樹脂和無樹脂二種體系。早期考慮色漿的貯存性能等因素, 工廠大多采用有樹脂體系生產(chǎn)。近年來隨著各種添加劑特別是超分散劑技術(shù)的發(fā)展,色漿的生產(chǎn)越來越多采用無樹脂體系。相對于有樹脂體系, 無樹脂體系色漿具有較多優(yōu)勢。首先通用性更強, 由于樹脂性能的局限, 有樹脂體系色漿在使用上受到一定局限, 有時甚至?xí)驗榧嫒菪远鵁o法使用, 而無樹脂體系應(yīng)用更加廣泛, 適用于絕大多數(shù)涂料體系。其次, 無樹脂體系色漿通常濃度更高, 具有更好的性價比。另外在生產(chǎn)工藝上也更適合研磨工藝, 能制備濃度更高、細度更細的產(chǎn)品。

分散劑的選擇

顏料的分散是色漿生產(chǎn)的關(guān)鍵, 每種顏料都有相應(yīng)的HLB值, 選擇分散劑的關(guān)鍵是選擇與顏料HLB值相匹配的分散劑。由于顏料特別是有機顏料特殊的表面性能, 傳統(tǒng)的潤濕分散劑對某些有機顏料的分散效果不是很理想甚至很差, 主要是由于分散劑分子中親水基團對極性較低的顏料顆粒表面結(jié)合力不強, 容易脫離, 導(dǎo)致顏料粒子重新絮凝; 同時親油基團不具備足夠的碳鏈長度, 不能產(chǎn)生足夠的空間位阻效應(yīng), 因此不能使顏料分散體系穩(wěn)定存在。這種情況下, 選擇超分散劑是比較有效的方法。超分散劑的分子結(jié)構(gòu)主要分為2個部分, 其中一部分為錨定基團, 常見的有: - NR2、- NR3、- COOH、- COO- 和- SO3H等基團。這些極性基團通過離子鍵、氫鍵以及范德華力等作用能緊密吸附于顏料顆粒表面。同時另一部分為溶劑化鏈, 具有足夠的碳鏈長度, 以產(chǎn)生有效的空間位阻。

第一，溶劑化鏈段部分的重要性。DISUPER S19和DISUPER S29(核心化學(xué)超分散劑系列)引入了多嵌段結(jié)構(gòu)，使其在不同樹脂體系如：單組份PUD，雙組份PUD,苯丙、純丙、水性環(huán)氧以及水性聚酯中都有良好的相容性。當(dāng)溶劑化鏈段在體系中順利舒展時才能使納米粒子足夠穩(wěn)定的存在。這樣顏料的色彩也可以被展現(xiàn)到極限。第二、多種錨定基團也很重要，對顏料吸附能力強，包裹性好，可有效防止浮色。與微米態(tài)時相比當(dāng)顏料處于納米態(tài)時，需要更強的錨定作用和很強的選擇性吸附，DISUPER 19和DISUPER 29采用了不同的錨定基團，所以在納米狀態(tài)是，DISUPER S19對碳黑和酞氰類顏料穩(wěn)定性較好；然而DISUPER S29 對有機紅和有機黃穩(wěn)定性較好。光澤也可以被提到很高，一般雙組份90度以上，單組份80度以上。

實驗部分

參考配方（顏料固體粉：分散劑有效份）：

BLACK 特黑1號 20克分散劑 20克水 60克

R122（科萊恩） 20克分散劑 10克水 70克

酞氰藍B15:3 20克分散劑 10克水 70克

有機黃Y155 20克分散劑 10克水 70克

對比分散劑列表：

色漿配方	S19	S29	XXX 171	XXXX4585	S19N	S29N
分散劑	10	10	10	10	10	10
顏料	20	20	20	20	20	20
去離子水	70	70	70	70	70	70

色漿制備：

根據(jù)以上配方，把配置好的半成品和研磨珠加入納米研磨機，研磨4h，然后過濾的色漿。測試細度粘度等性能。

備注：分別用S19、S29、S19N（新版S19）、S29N(新版S29)、美國XXX171和XXXX4585對比分散國產(chǎn)特黑1號，R122紅、B15:3藍和Y155紅，分散劑：炭黑=1:1，其余分散劑：色粉=1:2

色漿性能測試

性能參數(shù)	S19	S29	XXX 171	XXXX4585	S19N	S29N
粘度mpa.s	5	4	5	4	5	4
5倍開稀60度儲存10h后粘度	10	10	5	5	5	4
粒徑V50	165	165	170	165	90	90
粒徑V90	220	230	225	220	150	150
粒徑DV100	520	520	510	550	250	250

結(jié)果與討論

分散劑的選擇：

從上表可以看出分散劑降粘都差不多，但是開稀儲存后S19N和S29N最穩(wěn)定，粘度基本沒有上升。S19N和S29N的粒徑最低。

各色漿分別用水性樹脂開稀后刮板觀察色相，對比后得出如下結(jié)論。S19和S19N在分散黑色和酞青藍表現(xiàn)最佳，而S29和S29N則在分散有機紅、有機黃顏料中表現(xiàn)最優(yōu)異。美國XXX 171在各方面表現(xiàn)都比較適中，但含有APEO被淘汰，德國XXXX4585分散顏料著色力都比S19和S29差，比S19N和S29N更差些。

分散劑的選擇是很重要的，其首要條件是使顏料被分散介質(zhì)潤濕，是分散劑吸附在粒子表面，降低表面自由能。加入分散劑，能使顏料粒子充分潤濕，進而就易分散。所以在使用顏料作色漿時，最關(guān)鍵的是要加入一定量的分散劑逐步研磨，打破顏料締合的二次結(jié)構(gòu)，如果沒有分散劑的作用，將不會形成相對穩(wěn)定的色漿體系。

其他助劑的選擇

除了顏料和分散劑, 色漿中還包含其他成分, 如消泡劑、防沉劑、保濕劑和防腐劑等。消泡劑的選擇應(yīng)兼顧消泡性與相容性的平衡。色漿中消泡劑加量不能太大, 以能消除色漿中的氣泡為上限。因為色漿還會添加到涂料中, 在調(diào)配深色涂料中有可能因為色漿加量大而造成漆膜出現(xiàn)油縮等現(xiàn)象。顏料分散后, 由于顏料粒子較細, 比表面積大, 為降低表面自由能有重新聚結(jié)的趨勢。特別是一些氧化鐵系顏料相對密度較大, 長時間貯存會緩慢地沉降, 甚至結(jié)成硬餅, 難以再分散。除了分散劑的影響, 防止顏料在色漆中沉降常用的辦法是添加流變助劑, 在低剪切速率狀態(tài)下建立觸變結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是疏松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 稍受剪切力就會破壞, 黏度變小。剪切力撤去, 又恢復(fù)原有結(jié)構(gòu), 黏度增加, 能使顏料顆粒懸浮而不沉降。常用的流變劑有有機膨潤土類、氣相二氧化硅、蓖麻油衍生物和聚乙烯蠟等。色漿在調(diào)色過程中, 需要經(jīng)常露置于空氣中, 這樣容易造成表面結(jié)皮。為改善這一現(xiàn)象, 可在色漿中添加保濕劑?？紤]到保濕效果和環(huán)保因素, 可選擇丙二醇等溶劑, 添加量一般在1%-5%。

總之, 好的色漿應(yīng)做到不沉淀、不絮凝, 有盡可能高的顏料含量, 與涂料相容性好, 對耐久性無不良影響, 不會產(chǎn)生浮色、發(fā)花現(xiàn)象; 生產(chǎn)過程應(yīng)簡便、經(jīng)濟, 重現(xiàn)性好, 批次穩(wěn)定。

分散劑的影響

水性色漿是一個熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，隨著時間的推移，已分散的顏料初級粒子在范德華力、靜電力和空間位阻力的綜合作用下，會相互吸引逐漸形成聚集體或聚結(jié)體。根據(jù)stoke公式可知，顏料粒子的沉降速度與顏料粒徑的平方成正比，粒徑增大，沉降會加劇，穩(wěn)定性降低。使顏料粒子充分潤濕并穩(wěn)定地分散在體系定; 有較好的流動性, 便于使用, 環(huán)保性優(yōu)異, 不會對健康造成危害。

分散劑用量對色漿的分散穩(wěn)定性有重要的影響，用量過少，顏料的潤濕和分散不夠充分，必然導(dǎo)致色漿的穩(wěn)定性降低；用量過多，過量的分散劑會在顏料粒子間“架橋”而重新導(dǎo)致絮凝，引起體系穩(wěn)定性的下降。超分散劑分子量都比較大，含有多種錨定基團和溶劑化鏈段，相容性好，光澤高，但由于分子量太大，對顏料的潤濕性會差，建議跟中小分子量的分散劑配合使用，提高潤濕性。例如：DISUPER S21(核心化學(xué)通用品系列)與高分子量的DISUPER S19和S29配合使用，可以顯著提高顏料潤濕性。添加了DISUPER S21后表征粘度也會同時降低；著色力和展色性都有顯著提高，特別是高溫?zé)醿Φ姆€(wěn)定性被大幅提高！

耐水性的改善。當(dāng)漆膜固化后由于分散劑的雙親性，會造成耐水性變差。這樣我們不得不引入憎水基團，平衡好親水與憎水官能團的數(shù)量變得尤為重要。當(dāng)親水性好時，展色性好；而憎水性好時，耐水性好。這只能取其最佳配比！DISUPER S19和DISUPER S29 特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計使其具有良好的穩(wěn)定性和展色性，還具有良好的耐水性。

總結(jié)

分散劑的選擇是通過大量的實驗來確定的，并不是一蹴而就，運用丹尼爾流動點這一經(jīng)典理論來選擇分散劑具有一定的參考性。在水性納米無樹脂色漿生產(chǎn)中選擇高分子量的DISUPER S19和DISUPER S29，配合LP211(潤濕劑)使用，可以最大限度地提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品性能和納米色漿的儲存穩(wěn)定性。涂料配方是一個變量很多的的復(fù)雜體系，分散劑的傳統(tǒng)篩選方法存在偏差和不固定性在所難免?，F(xiàn)代科學(xué)的制漆手段和分散劑的應(yīng)用機理，還有大量的理論是實踐問題有待進行深入細微的試驗研究工作。

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