颜料的润湿、分散及分散稳定性

  • 概述

在涂料、油墨、涂料印花、橡胶、塑料的、着色及某些类型染料的印染工业中,所用的颜料、染料粉末必须对使用介质具有良好的润湿性能与分散状态。颜料粒子大小及分布直接影响制品的贮存稳定性,涂层(或膜)的质量,着色物的颜料性能也对印染过程顺利地进行起着重要的作用。因此,在涂料生产中不可缺少的是有效地分散过程,而且该过程并非简单的粉碎工艺,也包括改变颜料粒子的表面物理状态,使全部颜料粒子均匀地分布在使用介质中,并且具有良好的贮存稳定性,防止在使用前重新聚集或沉淀。

 

理想的分散体系是具有“一次粒子”的颜料分散状态,但在存放过程中,由于粒子表面能量高,很容易发生粒子的聚集或絮凝。因此人们设想在颜料生产过程中,通过添加某些特定的表面活性剂或其他衍生物,以改变其“颜料一水”或“颜料一非水溶剂”之间的表面性质,防止细小粒子的聚集,制备出松软结构,容易再分散的颜料粒子,即所谓易分散性颜料。或颜料制备物颜料的易分散性及分散程度(粒径大小与分布)不仅影响到被着色物的外观颜色,而且还将导致着色均匀性,如产生条花等疵病。

颜料的润湿、分散及分散稳定性

可见颜料粒子的大小直接关系到颜料应用的最终效果,通常颜料的着色强度除与分子结构有关外,当其粒径越小,比表面积越大,其藿色强度亦越高。

为了使有机颜料产品具有较理想的应用性能,研究在使用介质中颜料粒子润湿特征、合理的分散工艺及分散体系的稳定性等课翮已为众多的研究者所重视。

二、颜料粒子的润湿作用

颜料在使用介质中的分散,可分为三个阶段润湿,机械打碎聚集体、凝聚体以及抗絮凝的稳定作用。因此,颠料粒子为分散介质所润湿是分散过程首要的一步。固体丧面和液体相接触时,原来的“固-气”界面消失,形成新的“固-液”界面,这种现象称为润湿作用。通常极性的固体物质容易为极性的液体润湿,凡能被水润湿的固体大多是亲水性的极性物质,反之不能被水润湿的固体则为非极性或般性小的物质。

表示润湿的难易程度,可用“液-固”界面之间的润湿角或接触角(0)作为尺度。当0>90°时认为固体表面不被该液体润湿,若0<90°则能被润湿。即润湿角越小、润湿越好﹔越大,接近180°时难润湿,当液体置于颜料粒子表面上,各个界面的作用力如图1图中rs为固体(颜

料粒子)表面张力,rz为液体表面张力,rsL为固体与液体的界面张力。

三、颜料的分散工艺

颜料在使用介质中的分散工艺及设备主要是依据分散质量、生产分散体的费用以及被散的颜料剂型(干粉或膏状物)而定。如应用于粘胶纤维原浆着色的颜料,为了愎玛顺利地通过直径·60u的抽丝孔,颜料的粒予应是1u左右,而对于其他一些应用场合,过高的分散度是不必要的,因为颜料粒子越细,表面能量愈高,更易促使粒子的絮凝,通常是颜料粒子适中,但要求粒径大小的分布比较集中。

使用粗颜料的膏状物制备分散质量优良的分散体,所选用工艺、设备应能使颜料的聚集体尽可能迅速而又经济地被粉碎,当然其粉碎效果、粉碎速度,在很大程变上取决于颜料膏状物的性质(软,硬)与设备的效率。如果不是用颜料干粉,而是由湿滤肖制备的膏状物,其颜料含量为15~40%,物料不十分粘稠,则应该选用适合低粘度的立式或卧式球磨机,不宜采用多(三)棍磨和捏合机。反之,从颜料干粉制得的十分粘稠的膏状物则不适于采用球

磨机。

球磨饥已在涂料、油瞾工业中应用多年,尤其适用于低粘度的物料,如溶剂型油墨,它是获得高质量水性颜料分散体的有效方法之。球磨工艺是借助于研磨介质的滚动产生撞击和强的剪切力使颜料粒子分散。在保证研墩介质能较自由的滑动与翩滚的条件下,过当远高物料粘度,装料时,研磨介质与颜料之比值,研磨时间及转散应根据被粉碎物料性质及要求的分散度而决定。球磨机工艺具;费用低,实验方便等优点﹔但其缺点是分批嗓作,设备涓洗较难。

适用于研磨低粘度的其他类型沟设备还有多种,如Kady磨,它是一种具有特殊的转子、定子的高速振动磨,可以对被粉碎的颜料位子施加相当高的剪切力。又如还准荐使用高压喷射泵设备,它是由三个活塞泵组成,将低粘度的颜料浆以很高压力对着由特殊高硬度制成的分散阀金属表面喷射,此时颜料的聚集体借助于在分散阀表面之间的强的闺切力设秒碎。当然,对于粘度较低的颜料浆的分散也可以考虑采用胶体磨、锥体詹以"高速搅拌机等设备。

四、颜料分散体的稳定性

在颜料、涂料工业中,通常要将疏水性的颜料分散到水中或是将亲水性颜料粒子分散到油性介质中,并且设法防止在贮存及应用过程中产生浮色及凝聚、沉淀等现象,因此,颜料分散体的稳定性能具有十分重要的意义。颜料分散体系的稳定特性与多种因素有关,涉及到分散物的性能,粒子表面特性以及被介质润湿、分布状态等。欲使分散体具有比较理想的稳定性,主要可通过如下途径

i添加适当浓度及离子类型的表面活性剂,并使它们选择性地吸附在颜料粒子表面上·

(ii〉用高分子表面活性剂对颜料进行表面处理,基于吸附在粒子表面上,依据立体障碍作用使分散体趋于稳定。

(iii)增加分散介质的粘度,以控制颜料粒子布朗运动及其自然重力沉降。

五、裹面活性剂在颜料分散中的应用

不论对釂料粒子的润湿,分散过程,还是在分散介质中保存、使用过程的稳定性,表面活性剂的添加起着不可忽视的作用。表面活性荆分子中具有亲油基团(疏水基)和亲水性基囿,在水瘠液中浓度很低时以分子状态分散,而达到一定浓度时(即临界浓度),数十或数百个分子兼集以胶束形式存在,并在界面上定向整齐地排列,降低了表面张力。达到临界浪度(通常为10~~1o-'mol/L)的表面张力几乎为一定值。

颜料在使用介质中的易分散性及分散体的稳定性对其应用性能及着色效果、产品外观有着重要影响,其中颜料粒子在介质中的润湿性又是保证粒子分散过程顺利进行的关键步骤之。

必须依据颜料本身的性质(亲水与亲油性)以及使用介质的特性,恰当地选择具有良好相容性的表面活性剂、高分子添加剂。并按照分散物料粘度的高低,对产品分散细度要求,选用相应的研磨分散工艺设备,以达到预期的分散效果。

通过添加表面活性剂增加分散体的稳定性,对于稳定性较好的颜料分散体,不仅要考虑到静电斥力作用,而且必须充分注意到添加物的立体(空间)障碍及介质的溶剂化作用。随着有机颜料用途的扩大及剂型品种的增加,颜料的润湿、分散及分散体稳定性等方面是一个十分值得重视的研究领域。

三元羟基改性氯醋树脂MVAG的应用及特性

凹版复合油墨:颜料分散性可完全取代SOLBIN A ,油墨展色性高特别是对黑色、蓝色等难分散颜料表现优异 ;适合做高性能油墨,高速浅网印刷不易起刀线;提高油墨复合强度;酯溶透明度高;

反光油墨:颜料分散性好且与PET附着力优异;

木器漆:重涂性好(三次以上重涂透明度高 ),醇酸相容性好且细度好,流平性佳;

塑胶漆:银粉定向排列优异金属感强烈,底材附着力佳,可酯溶不烧底;

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