表面活性劑在涂料中的應(yīng)用顏料潤濕分散劑

1、表面活性劑在涂料中的應(yīng)用-顏料潤濕分散劑時(shí)間：2009-04-01 13:20 文字選擇：大 中 小 1顏料潤濕分散劑的作用     提高生產(chǎn)效率、降低制造成本。顏料的研磨與分散過程是制造涂料的主要工序，大約80的電能和工時(shí)消耗在該工序上。選擇合適的顏料潤濕分散劑，一方面達(dá)到同樣細(xì)度的時(shí)間最短，可以縮短工時(shí)；另一方面，可以降低體系的粘度，使制造高顏料的色漿顏料濃縮漿成為可能。顏料濃縮漿可以提供涂料合理生產(chǎn)的機(jī)會，使實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)配色成為可能。通用色漿可與差不多全部的涂料體系相混容，涂料廠家可以較少的原料貯備制作各種類型的色漆，減少了貯運(yùn)、管理各方面的麻煩。 

2、   提高涂料的貯存穩(wěn)定性、減少浪費(fèi)。顏料(填料)潤濕分散得不好，得到的產(chǎn)品穩(wěn)定性差，貯存一定時(shí)間后，會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。輕者返粗，需要返工，增加損耗。顏、填料沉底，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)硬、結(jié)塊，導(dǎo)致涂料無法使用而報(bào)廢。只要使用恰當(dāng)?shù)臐櫇穹稚紩岣咄苛腺A存穩(wěn)定性，防止顏料返粗、沉底等問題。    改善涂膜狀態(tài)。使用潤濕分散劑，使顏料分散得更好，可以提高顏料的著色力和遮蓋力，改善涂料的流平性，增加光澤，使用控制絮凝的潤濕分散劑還可以防止復(fù)色漆的浮色、發(fā)花現(xiàn)象。譬如現(xiàn)在國際上一些大公司生產(chǎn)的鈦白粉，其表面處理已做得非常好，研磨時(shí)甚至不加潤濕分散劑也可能很快

3、達(dá)到所要求的細(xì)度。但在配制灰色漆時(shí)，不加助劑的就可能會有發(fā)花現(xiàn)象，而加了助劑的就會防止該現(xiàn)象的發(fā)生。    其它作用。最佳的顏料分散可以提高紫外線的吸收和反射能力，增加顏料的耐候性和耐化學(xué)藥品性。    控制絮凝的潤濕分散劑可使涂料成為假塑性流體，一般場合下，假塑性的流變行為是配方設(shè)計(jì)者所追求的，它可以防止施工時(shí)的流掛現(xiàn)象。    2潤濕分散劑的作用原理    前面已經(jīng)講過，涂料生產(chǎn)過程的第一步就是研磨以達(dá)到最佳顏料分散。    顏料有三種存在狀

4、態(tài)：原始顆粒，即單個(gè)顏料晶體或一組晶體，粒徑相當(dāng)??；凝聚體，以面相接的原始顆粒團(tuán)，其表面積比其單個(gè)粒子組成之和小得多，再分散困難；附聚體，以點(diǎn)、角相接的原始顆粒團(tuán)，其總表面積比凝聚體大，但比單個(gè)粒子組成之和小，再分散較容易。如圖1所示。圖1附聚體和原始顆粒    顏料分散在基料里的過程可劃分為三個(gè)階段，即：    潤濕。指顏料顆粒表面吸附的水分和空氣等被基料所置換，進(jìn)而潤濕顏料顆粒表面。這里存在一個(gè)固氣界面到固液界面的轉(zhuǎn)換過程。分散(又叫研磨)。指顏料聚集成的較大顆粒被機(jī)械打開或分離成原始顆?；蚪咏碱w粒，其常用設(shè)備前面已介紹過。穩(wěn)

5、定。指已潤濕的顏料顆粒移至基料中使顆粒永久分離。這三個(gè)階段并非截然分開的，而是互相重疊進(jìn)行的。如圖2所示。圖2潤濕和分散過程(a)潤濕；(b)分散；(c)穩(wěn)定    潤濕劑可以促進(jìn)基料對顏料聚集體的潤濕，分散劑可以改進(jìn)顏料分散體的穩(wěn)定性。同一種產(chǎn)品常兼具潤濕和分散雙重作用?；蠞B入顏料中的速度可用Washbarne公式表示：(1)式中，v表示潤濕速度；K為常數(shù)；表示基料的表面張力；口為接觸角；R表示顏料顆粒的間隙半徑；L為顏料顆粒的間隙長度；表示基料的粘度；·cos為擴(kuò)散壓力。    對于固體的顏料來講，R、L都是定值，的改

6、變范圍也比較小，要使?jié)櫇裥侍岣?，縮小接觸角是非常有效的，這就是使用潤濕劑的意義。顏料分散后，因?yàn)橹亓ψ饔?、布朗運(yùn)動等，二次粒子可能會再度聚集成粒子團(tuán)這叫做絮凝。DLV0理論從理論上論述了絮凝動力學(xué)和分散體的穩(wěn)定性。其主要觀點(diǎn)為：電磁力使粒子互相吸引，靜電力使粒子產(chǎn)生排斥，空間位阻也產(chǎn)生排斥力。顏料潤濕分散劑可包覆在顏料粒子表面。因離子的斥力或空間阻礙而防止粒子間互相接觸，避免無控制絮凝現(xiàn)象，即返粗的發(fā)生。3潤濕分散劑的選擇和評價(jià)    隨著國外涂料助劑陸續(xù)不斷地推向中國市場，國內(nèi)助劑生產(chǎn)廠家也日漸增多，這是一種好現(xiàn)象。但面對眼花繚亂、異彩紛呈的各種各樣潤濕分散劑

7、，使用者不僅要選好合適的品種，還要找到恰到好處的用量，做到經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，這就要注意選擇原則和試驗(yàn)、評價(jià)方法。    (1)選用潤濕分散劑應(yīng)考慮的因素    盡管廠家不會詳細(xì)地提供助劑的組成和制造工藝，一般廠家的說明書中都會講到性能和應(yīng)用。因此，通過閱讀說明書、與廠家服務(wù)人員交流，基本上可以掌握某種助劑用于何處。對于涂料配方設(shè)計(jì)者來說，就要注意以下原則：    涂料體系。涂料按介質(zhì)不同劃分為水性、溶劑型、粉末等幾大體系。一般情況下，所用的潤濕分散劑是不通用的。助劑提供者首先應(yīng)介紹該助劑是用于水性的或是溶劑型，以

8、與使用者的要求相吻合。如果用錯(cuò)，不僅起不到潤濕分散效果，還會造成意想不到的弊病。    顏料。不同顏料其電荷性質(zhì)不同，首先要分清是無機(jī)顏料還是有機(jī)顏料；有機(jī)顏料中還要看是酞菁系列的還是炭黑。國際上一些大的公司產(chǎn)品已細(xì)化到某一顏料使用某一助劑達(dá)到最佳效果的地步，但大多數(shù)還只是通用，這就需要使用者逐漸試驗(yàn)，縮小范圍來選擇。    基料(即樹脂)。不同的樹脂體系對顏料的潤濕性不同，因此對潤濕分散劑的選擇也有一些限制。    體系相容性。在一個(gè)涂料體系中，所使用的助劑一般不僅僅是潤濕分散劑，可能還有流平劑、消泡劑

9、等，這樣相容性就極為重要。有些潤濕分散劑的乳化性能較強(qiáng)，很可能會使消泡劑乳化而散失消泡能力。注意相容性，有利于配方平衡，使產(chǎn)品綜合性能得以兼顧。    施工性。對于厚漿型立面施工的涂料，最好選用能產(chǎn)生控制絮凝、具有觸變性的助劑，以達(dá)到良好的施工性能。    良好的價(jià)格性能比。在低價(jià)的產(chǎn)品中使用高質(zhì)高價(jià)的助劑，造成成本的大幅度上丹，是很不經(jīng)濟(jì)的。選用何種潤濕分散劑，還要與產(chǎn)品的檔次相一致，以求價(jià)格與性能的統(tǒng)一。        (2)分散效率的試驗(yàn)方法  &#

10、160; 試驗(yàn)的目的，在于從眾多的潤濕分散劑中選出最合適的品種并確定最佳用量。    在初步篩選時(shí)，可采用以下兩種方法進(jìn)行：    觀察顏料粒子的重力沉降。用重力沉降法對分散劑效率進(jìn)行初步篩選，十分簡單易行。其方法是：將待選的分散劑極稀溶液裝入一系列試管中，再加入一定而少量的待分散顏料，經(jīng)猛烈搖動后，置于一旁，觀察相對沉降速率、上層清液濁度及最終沉降體積。相對沉降速率越小，上層清液濁度越大，最終沉降體積越小，說明分散效率越好。    測定顏料分散體的粘度。加入分散劑引起粘度大幅度下降是分散很實(shí)際的指標(biāo)。使

11、用該法可選擇最佳的分散劑及其用量。方法是：a將待試的各種少量分散劑加入相同體積的漆料(含有確定的高固體份的待分散顏料)中，強(qiáng)烈攪拌后測定粘度，認(rèn)為粘度最低時(shí)的分散劑最合適。b在待試的高粘度顏料和漆料混合物中，邊攪拌邊滴加選好的分散劑，每滴加一次，便測定粘度，確定得到最低粘度時(shí)的分散劑用量為最佳用量。    值得注意的是，并非分散劑用量越大，粘度會越低。由于粘度的逆增長或平穩(wěn)效應(yīng)在分散劑濃度低時(shí)也常常表現(xiàn)出來，分散劑過量不僅會造成浪費(fèi)，也會帶來其它負(fù)作用。有時(shí)改變剪切速率測定粘度也有幫助。    潤濕和分散助劑歸屬于研磨范疇，要使性質(zhì)得

12、到最佳展現(xiàn)，研磨的配方和組分投入的次序都會影響到研磨的質(zhì)量。因此，要選出最佳分散劑及其用量，得到最佳的研磨配方和操作工藝，還要進(jìn)行以下反復(fù)試驗(yàn)。    采用同樣的研磨配方和工藝，選用同樣用量、但品種不同的助劑，測定同樣研磨時(shí)間的細(xì)度或達(dá)到同樣細(xì)度時(shí)的研磨時(shí)間。一般認(rèn)為，時(shí)間越短、細(xì)度越低的助劑效果越好。    采用同樣的研磨配方和工藝，選用同樣助劑的不同用量、測定同樣研磨時(shí)間的細(xì)度或達(dá)到同樣細(xì)度的研磨時(shí)間。一般認(rèn)為，時(shí)間越短、細(xì)度越低的助劑用量效果越好。    采用同樣的助劑和用量，改變研磨配方和投料次序

13、，測定同樣研磨時(shí)間的細(xì)度或達(dá)到同樣細(xì)度的研磨時(shí)間。一般認(rèn)為，時(shí)間越短潮度越低的配方和投料次序越合理。        (3)顏料分散質(zhì)量的評定方法    所選用的潤濕分散劑所達(dá)到的效果如何，可用以下方法進(jìn)行評定：        測定細(xì)度。顏料在漆料中的分散程序一般是用“刮板細(xì)度計(jì)”來測定的。ASTM之Dl2l0-64和GBT l7241979規(guī)定了涂料工業(yè)常用細(xì)度計(jì)的測定程序。該方法所測定的是顏料分散體中存在的最粗顏料粒子。不同的涂料產(chǎn)品，所應(yīng)達(dá)到

14、的細(xì)度指標(biāo)是不同的。    “指擦”試驗(yàn)。對混合顏料(復(fù)色漆)的浮色發(fā)花行為應(yīng)用“指擦”試驗(yàn)來評估。        電子顯微鏡觀察粒徑分布和狀態(tài)。利用電子顯微鏡可觀察濕涂料中顏料的粒徑分布和聚集狀態(tài)，是否有絮凝、析出等現(xiàn)象，也可觀察干涂膜中顏料的粒徑分布和狀態(tài)。        測定著色力和色相。測定分散色漿的著色力和色相可以確定顏料分散得好壞。一般認(rèn)為紅色帶黃相、黃色帶綠相、綠色帶藍(lán)相、藍(lán)色帶紅相時(shí)，顏料分散效果較好。  &#

15、160;         測定涂料的貯存穩(wěn)定性。如果分散效果不好，貯存后粒子會形成絮凝，粘度增加。表明分散不完全，體系穩(wěn)定性差。涂膜的光澤和透明度。涂膜的光澤和透明度(對透明顏料)是合適的穩(wěn)定化作用的重要標(biāo)志，可用來評估助劑的正確用量。顏料分散得好，涂膜表面粗糙度低、光的漫反射低、光澤高、透明度高。測定光澤可用光澤儀來測定，常用的有20。、45。、60。角光澤儀。透明度可用目測或用分光光度計(jì)檢測。4品種和應(yīng)用簡介    (1)品種介紹    顏料潤濕分散劑品種繁多，

16、分類方法也多種多樣。例如，按來源可分為天然的與合成的，按離子類型可分為陰離子、陽離子和非離子型。這里根據(jù)分子結(jié)構(gòu)不同進(jìn)行以下分類，并分別敘述。聚合電解質(zhì)類(有機(jī)類)。聚合電解質(zhì)是一個(gè)大分子，部分或全部由具有可電離基團(tuán)的單體構(gòu)成。其特征是具有一個(gè)大離子的骨架和一當(dāng)量數(shù)小而獨(dú)立的、電荷相反的平衡離子。    該類分散劑多用于水性體系，對無機(jī)顏料的潤濕分散作用比較好。    無機(jī)聚合堿鹽類。常用的有聚磷酸鹽和硅酸鹽，是水性涂料廣泛使用的離子型分散劑，濃度很小即可分散多種無機(jī)顏料。國內(nèi)常用的是六偏磷酸鈉。   

17、但是，資料表明使用聚磷酸鹽有促進(jìn)霉變、起霜、后增稠、返粗的缺陷，鈉鹽的起霜現(xiàn)象超過鉀鹽。    高分子聚合物類。a天然高分子類：最具代表性的是卵磷脂，適用于溶劑型體系，對無機(jī)顏料和有機(jī)顏料的潤濕分散都十分有效。b合成高分子類：一般是長鏈聚酯的酸和多氨基鹽、聚丙烯酸衍生物、聚醚衍生物等。如BYK l60系列，是高分子嵌段共聚物，適用于溶劑系統(tǒng)有機(jī)顏料的潤濕分散。    下面將國內(nèi)市場可得到的主要公司的潤濕分散劑的類型和應(yīng)用列表說明(表1、表2)。表1   溶劑型涂料用潤濕分散劑品  名組成生產(chǎn)商應(yīng)用場合涂料

18、顏料推薦用量WDisperbyk-110含酸性基團(tuán)的共聚物BYK Chemie汽車漆、工業(yè)漆鈦白粉0.5O8品名組成生產(chǎn)商應(yīng)用場合涂料顏料推薦用量WDisperbyk-130不飽和聚羧酸及聚酰胺BYK Chemie丙烯酸、醇酸烤漆炭黑12Disperbyk-161高分子嵌段共聚物BYK Chemie一般工業(yè)漆有機(jī)顏料12Anti-Terra-203204高分子聚羧酸及聚酰胺BYK Chemie底漆無機(jī)顏料、膨潤土0.30.5BYKPl04不飽和聚羧酸均聚體BYK Chemie面漆無機(jī)、有機(jī)顏料0.30.5Texaphor聚羧酸胺鹽Cognis工業(yè)漆無機(jī)、有機(jī)顏料0.10.5EFKA47聚氨酯E

19、FKAAdditives工業(yè)漆炭黑  12EFKA Polymer-401聚丙烯酸酯EFKAAdditives汽車面漆有機(jī)、無機(jī)顏料0.10.5大豆卵磷脂甘油脂肪酸磷酸和膽堿油脂廠工業(yè)漆無機(jī)、有機(jī)顏料0.10.5928  高分子聚合物DEUCHEM醇酸樹脂、油性涂l41有機(jī)顏料0.10.5DP-981983離分子聚合物DEUCHEM工業(yè)漆有機(jī)顏料0.10.5Fl08磷酸酯鹽臨安助劑化工公司聚氨酯漆無機(jī)顏料0.30.8Troysol 98c脂肪胺TROY Chem工業(yè)漆無機(jī)、有機(jī)顏料0.1O5KS-273N丙烯酸聚合物加聚酯胺鹽DISPARLON工業(yè)漆各類顏料0.21.0表2

20、   水性涂料常用潤濕分散劑牌號組成生產(chǎn)商使用場合推薦用量wSN-5040陰離子聚羧基酸Cognis水性涂料、顏料色漿12.5(對顏料量)BYK-154丙烯酸聚合體   BYK Chemie有光及半光乳膠漆，適用pH范圍寬15(對顏料量)BYK-181高分子嵌段共聚物  BYK Chemie平光、半光和有光乳膠漆可與BYK一154合用Tamol-  SG-1聚羧酸銨鹽 Rohm&Hass乳膠漆15(對顏料量)Tamol-    731二聚異丁烯順丁烯二酸鈉鹽Rohm&Hass乳膠

21、漆15(對顏料量)Dispex鈉鹽銨鹽ALLEED GOL-LODS乳膠漆1-5(對顏料量)920陰離子型DEUCHEM乳膠漆0.5-5(對顏料量)六偏磷酸鈉聚合電解質(zhì)天津北塘化工廠乳膠漆0.53(對顏料量)    (2)應(yīng)用實(shí)例高分子型分散劑DP983在丙烯氨基烘漆中對炭黑的分散效果，見表3?？梢钥闯?，研磨料添加2的DP一983，分散lh即可達(dá)8m。研磨漿粘度大幅度降低，所以漆膜光澤提高。表3研磨料         %  %調(diào)  整  

22、0;            %   %丙烯酸樹脂7150   50.0  50.0Fw0200高色素炭黑 10.0  10.0DP一983分散劑     一   2.0稀釋劑           40.0  38.0研磨料   &

23、#160;           33.33    33.33丙烯酸樹脂7150       36.67    36.67G-821-60氨基樹脂     l2.70    12.70稀釋劑           

24、    12.22    12.22以震蕩式研磨機(jī)分散物化性能細(xì)度m 1h                   >50     82h              &

25、#160;     14      5粘度/mPa.s(10rmin)  4136   198光澤(60。)    93.9   94.2黑度          差     佳硬度          2H     2H附著性    l00l00   l00100德謙903在灰色色漆中防發(fā)花的效果，見圖3