濕法激光粒度分布儀在水性色漿中的應(yīng)用

1、濕法激光粒度分布儀在水性色漿中的應(yīng)用杜長(zhǎng)森 萬(wàn)強(qiáng) 摘要：介紹一下濕法激光粒度分布儀的基本原理，應(yīng)用濕法激光粒度分布儀對(duì)研磨水性色漿的粒度分布測(cè)定，不僅可以很好地控制研磨過(guò)程中色漿顏料分散體的粒度分布狀態(tài)，同時(shí)也能合理指導(dǎo)不同物料研磨物料研磨生產(chǎn)工藝的制定，可以有效地節(jié)省能源及提高工作效率。關(guān)鍵詞：濕法激光粒度分布儀、水性色漿、粒度分布、細(xì)度、遮光率等0引言在現(xiàn)實(shí)工作中,很多科研領(lǐng)域諸如能源、醫(yī)藥、化工、建筑及環(huán)保等都與粒度大小，分布息息相關(guān),而粒度分析的檢測(cè)方法基本上可歸納為以下幾種:篩分法，顯微鏡法，沉降法，光散射法，電感應(yīng)法，滲透法，氣體吸附法，圖像分析法等,其中基于光散射法的激光粒度儀由

2、于具有測(cè)量速度快，測(cè)量范圍廣，數(shù)據(jù)可靠，重復(fù)性好，自動(dòng)化程度高，便于在線測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)而近年來(lái)被廣泛采用。水性色漿是通過(guò)多種表面處理劑、體系穩(wěn)定劑及助溶劑等功能添加劑將粉末顏料均勻分散在水相中，形成均一、穩(wěn)定的顏料分散體，呈可流動(dòng)的漿狀物；也是我們?cè)诤芏噘Y料或文獻(xiàn)中所提到的顏料制備物的一種。目前相當(dāng)多的水性色漿生產(chǎn)廠家采用宏觀測(cè)量法，如刮板細(xì)度計(jì)法、篩分法等，難以給出詳細(xì)顏料分散體粒度分布，只能用色漿中顏料分散體相對(duì)集中的大顆粒大小或多少目篩網(wǎng)通過(guò)來(lái)描述，是一個(gè)模糊概念。而在很多使用水性色漿的領(lǐng)域都要求水性色漿粒度分布狀況，只是國(guó)內(nèi)大多數(shù)色漿制備廠家還不具備購(gòu)買濕法激光粒度分布儀的條件，無(wú)法提供產(chǎn)

3、品的粒度分布報(bào)告，使得有些對(duì)粒度有要求的廠家只好采用溶解染料或直接購(gòu)買液體染料來(lái)代替，往往性價(jià)比不抬合理或是達(dá)不到顏料的要求。如親水鋁箔涂料用色漿最大粒徑要求小于1.5,中性筆墨水用色漿最大粒徑為1.0,還有打印機(jī)墨水、噴繪墨水、各類高檔油墨、電泳、電鍍等方面用水性色漿對(duì)粒度分布都有更高的要求,這是用一般傳統(tǒng)的刮板細(xì)度計(jì)法或篩分法又無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，因此用濕法激光粒度分布儀對(duì)顏料在水相中分散（制備水性色漿）意義非常重要。1濕法激光粒度分布儀基本原理及概述激光粒度分布儀集成了激光技術(shù)、現(xiàn)代光電技術(shù)、電子技術(shù)、精密機(jī)械和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，具有測(cè)量速度快、動(dòng)態(tài)范圍大、操作簡(jiǎn)便、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。其原理是光

4、散射理論、激光衍射法及光能數(shù)據(jù)分析算法等，濕法激光粒度分布儀是由激光系統(tǒng)、濕法分散系統(tǒng)、探測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及分析操作軟件等組成。濕法測(cè)時(shí)，在Fraunhofer（佛朗和費(fèi)）衍射法中，衍射光的強(qiáng)度分布同粒子的化學(xué)成分、折射率等性質(zhì)無(wú)關(guān)，而同粒子的大小、形狀等幾何因素有很大的關(guān)系，粒子的衍射環(huán)不受粒子移動(dòng)的影響，始終以光軸為中心，被測(cè)定的光強(qiáng)度同粒子個(gè)數(shù)成一定的比例關(guān)系，利用這一衍射環(huán)可以測(cè)定出粒子群的粒徑分布。目前，國(guó)內(nèi)激光粒度分布儀還處于干法測(cè)量，濕法測(cè)量?jī)x器還處于研發(fā)階段，濕法激光粒度儀主要以國(guó)外為主，如英國(guó)的馬爾文，德國(guó)的SYMPATEC，美國(guó)的COULTER、BROOKHAVEN，法國(guó)的

5、CILAS，日本的HORIBA導(dǎo)津及 等。2實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)儀器德國(guó)SYMPATEC的HELOS/QUIXEL粒度儀，采用氦光源，利用Fraunhofer原理，量程0.135.0,實(shí)驗(yàn)室臥式研磨機(jī),SF04高速攪拌機(jī),研磨介質(zhì)(氧化鋯珠),千分電子秤 ,050刮板細(xì)度計(jì)等2.2實(shí)驗(yàn)原料有機(jī)大紅顏料, 偶氮黃顏料，酞菁藍(lán)顏料,制備水性色漿的多種功能添加劑等2.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法a. 將49份的有機(jī)大紅顏料，34份的蒸餾水和其它助溶劑，15份的功能添加劑通過(guò)高速分散機(jī)高速攪拌30min(轉(zhuǎn)速11001200r/min)水性有機(jī)大紅色漿預(yù)分散體b. 將40份的偶氮黃顏料，47份的蒸餾水和其它助溶劑，

6、13份的功能添加劑通過(guò)高速分散機(jī)高速攪拌30min(轉(zhuǎn)速11001200r/min)水性偶氮黃色漿預(yù)分散體c. 將48份的酞菁藍(lán)顏料，35份的蒸餾水和其它助溶劑，17份的功能添加劑通過(guò)高速分散機(jī)高速攪拌30min(轉(zhuǎn)速12001300r/min)水性酞菁藍(lán)色漿預(yù)分散體2.4色漿預(yù)分散體研磨（用于各類高檔產(chǎn)品的水性顏料漿研磨過(guò)程）本實(shí)驗(yàn)是對(duì)紅、藍(lán)、黃及黑四種基礎(chǔ)顏色進(jìn)行研磨制備色漿。將a、b、c、d四種不同顏色、不同顏料類型先做好預(yù)分散體，并對(duì)其進(jìn)行循環(huán)研磨，采用臥式研磨機(jī)填充70%氧化鋯珠，要求控制進(jìn)料口壓力低于0.6Mpa、電流小于50A及溫度不高于60。研磨循環(huán)取樣測(cè)試：研磨初始入料（預(yù)分

7、散體）a0、b0、c0、d0，第一次出料a1、b1、c1、d1，第二次出料a2、b2、c2、d2 2.5測(cè)試內(nèi)容及方法50A及溫度不高于60，得出:表1：水性有機(jī)大紅色漿循環(huán)研磨次數(shù)與粒徑、直觀細(xì)度關(guān)系項(xiàng)目 a 0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8細(xì)度 50 50.0 30.0 25.0 20.0 17.5 15.0 12.5 12.5X50 - 3.57 2.05

8、0;1.59 1.35 1.20 1.10 1.04 0.89X90 - 15.25 11.01 8.86 7.36 6.05 5.02 3.89 2.88X99 - 23.95 19.12 16.86 13.09 11.19 9.44 7.46 5.13表2：水性偶氮黃色漿循環(huán)研磨次數(shù)與粒徑、直觀細(xì)度關(guān)系項(xiàng)目 b0 b1 b2 

9、;b3 b4 b5 b6 b7 b8細(xì)度 50 30.0 22.5 17.5 15.0 12.5 12.5 12.5 12.5X50 - 0.66 0.63 0.62 0.61 0.59 0.59 0.58 0.58X90 - 2.46 1.66 1.47 1.40 1.37 1.33 1

10、.33 1.31X99 - 18.67 14.2 11.22 9.07 7.21 4.24 3.73 2.86表3：水性酞菁藍(lán)色漿循環(huán)研磨次數(shù)與粒徑、直觀細(xì)度關(guān)系項(xiàng)目 c 0 c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8細(xì)度 50 50.0 30.0 25.0 20.0 17.5 17.5 15.0 15.0X50&

11、#160;- 2.84 2.31 2.01 1.80 1.67 1.55 1.49 1.37X90 - 11.16 9.82 8.14 6.75 5.55 5.21 4.90 4.05X99 - 18.3 18.02 16.51 14.71 13.00 12.08 9.85 8.33相同的設(shè)備、工藝條件對(duì)不同顏色預(yù)分散體進(jìn)行循環(huán)研磨，研磨

12、效率是不同的，它們的直觀細(xì)度、粒度分布改變也是不同的，因此，在制備不同水性色漿時(shí)，不僅是初始配方有差異，同時(shí)對(duì)設(shè)備、工藝制定也有很高要求，同時(shí)宏觀與微觀對(duì)粒度描述也存在很大差異,在一些對(duì)色漿粒徑大小、粒度分布要求準(zhǔn)確的使用領(lǐng)域，只有通過(guò)濕法激光粒度分布儀來(lái)測(cè)定色漿中顏料分散體的微觀分布狀態(tài)，而用刮板細(xì)度計(jì)等儀器是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。3.2顏料分散體粒度分布對(duì)色漿遮光率的影響通過(guò)本實(shí)驗(yàn)對(duì)有機(jī)大紅、酞菁藍(lán)顏料兩種研磨漿料循環(huán)研磨次數(shù)取樣分別測(cè)定相同添加量所對(duì)應(yīng)的X90和遮光率，可以發(fā)現(xiàn)同一顏料水性色漿，粒度分布越窄，遮光率越小，遮蓋力就越低，相應(yīng)的透明度、鮮艷度就會(huì)提升。3.3通過(guò)濕法激光粒度分布儀測(cè)定顏

13、料預(yù)分散體研磨過(guò)程中物料的粒度分布,可為研究水性色漿分散性、對(duì)粒子長(zhǎng)粗，絮凝等都能很好的描述。通過(guò)對(duì)某一藍(lán)色色漿研究樣品粒度分布測(cè)定結(jié)果：在經(jīng)過(guò)超聲波強(qiáng)功率分散后，每隔10s測(cè)量一次（詳細(xì)時(shí)間圖中標(biāo)示），粒徑測(cè)量結(jié)果重現(xiàn)性差，且每次測(cè)量其各分布點(diǎn)粒徑比前一次結(jié)果均明顯增大，說(shuō)明在超聲波震蕩分散完全后，靜置過(guò)程中有明顯絮凝，粒子與粒子之間相互吸附、長(zhǎng)粗形成大顆粒。通過(guò)濕法激光粒徑分布儀的測(cè)定，可以明顯觀測(cè)整個(gè)絮凝過(guò)程，對(duì)水性色漿配方設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)指導(dǎo)意義。3.4測(cè)量條件對(duì)研磨漿料的結(jié)果影響通過(guò)調(diào)整超聲波功率及遮光率的大小對(duì)色漿粒度分布進(jìn)行測(cè)定，超聲波是助分散，其空化作用對(duì)消泡，對(duì)分散都有一定的幫助

14、，而遮光率則是對(duì)同一樣品添加量的直觀描述，一般說(shuō)來(lái)添加量大也就遮光率高。實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容：測(cè)試名稱：超聲波對(duì)色漿粒度變化的影響 目的：尋找其中規(guī)律檢測(cè)樣：508-1（用于中性筆墨水中的碳黑色漿）測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為 copt=10±1 pump =80% 100% power =60w ultrasound=60s每次測(cè)量取六個(gè)點(diǎn)，然后統(tǒng)計(jì)平均得到以下數(shù)值。超聲功率 X10 X16 X50 X84 X90 X9920% 0.15 0.18 0.45 1.39 1.92 3.564

15、0% 0.14 0.16 0.36 0.82 1.03 2.5860% 0.14 0.17 0.36 0.79 0.98 1.8180% 0.14 0.16 0.35 0.76 0.94 1.83100% 0.14 0.16 0.35 0.75 0.93 1.88測(cè)試名稱：copt 遮光率對(duì)色漿粒度變化的影響 目的：尋找其中規(guī)律檢測(cè)樣：508-1 （用于中性

16、筆墨水墨水中的碳黑色漿）ultrasound=60s測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為 power=100% pump =80% ultrasound=60s每次測(cè)量取六個(gè)點(diǎn)，然后統(tǒng)計(jì)平均得到以下數(shù)值Copt X10 X16 X50 X84 X90 X996.87 0.14 0.16 0.33 0.72 0.89 1.6310.44 0.14 0.16 0.34 0.74 0.92 1.6916.20 0.14 0.16 0.34 0.74 0.91 1.9620.21 0.14 0.16 0.34 0.73 0.87 1.4426.38 0.14 0.16 0.34 0.76 0.94 1.65小結(jié)：超聲波對(duì)色漿分散是有幫助，當(dāng)其功率在60%100%我們認(rèn)為其