颜料分散剂:选对是第一步(一)

 

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简介

  分散颜料的时候,特别是有机颜料,经常碰到一些问题,例如絮凝、着色不足、透明度不足、流变性差,或者稳定性差。本文将研究可能的原因,以及如何通过选择合适的原材料和分散设备,来消除这些问题。

什么是“好的分散”

纯理论地来说,这意味着每个颜料颗粒都完全被悬浮了起来――也就是说,被一层溶剂或者基料包裹了起来。不过,实际上,这很难达到。看起来更重要的是保持颜料颗粒不形成过大的凝聚物,并把这个比例降到最低。因为要把颗粒的功能最大化,就要求均匀的颗粒越小越好。

颜料分散剂对涂料性能有多大影响

涂料的很多重要特性都受到颜料分散的影响。

1)光泽:

如果颜料分散地很好,就能直接提高光泽。原则上,光泽是由基料的特性决定的。必要的颜料添加只能降低光泽;如果颜料分散的不好,特定的颜料团块将影响表面的光滑度,从而散射光线,降低光泽。

2)耐候性:

涂料暴露在大气或者化学品中时的耐用性,主要取决于基料的选择。另外,颜料颗粒分散不足将会降低耐用性。突出涂料表面的颜料颗粒将成为化学品和大气侵蚀涂层的突破点。另一方面,分散优化的颜料,如果选择适当,将提高系统性能。例如,通过反射性能(钛白粉)提高耐候性,或者通过吸收紫外光(氧化铁红)来抵抗紫外辐射。

合适的颜料――或者填料――如果分散良好,就能提高基料的耐化学品能力。在防锈颜料中,有效性主要依靠颜料分散的质量。美国福特汽车公司的调查证明,理想的颜料分散和耐候性之间有密切联系。

3)储存时间:

涂料体系的储存时间与颜料分散的质量严重相关。很容易理解,如果颜料颗粒出现了过多的聚集,将会对涂料发生沉淀产生不良影响。不太明显――但是极为严重的是――涂料分散不良的效果影响了流变性,并且影响储藏期间的颜色强度。这种稳定性问题要么是由于postwetting“过度润湿”,要么就是涂料絮凝。

如果颜料一开始没有通过完全分散得到充分悬浮,就会发生过度润湿。至于原来已经正确分散的颜料来说,再次聚合的原因就是颜料色浆还不够稳定。这严重依赖分散液基料的稳定性,或者基料/溶剂在分散过程中的比例。溶剂通常都具有很好的润湿性能,但是基料对于稳定有促进作用。

解决这个问题,主要是需要在润湿性能(来自溶剂)和稳定性(来自基料)之间形成理想的组合。可以在F.K. Daniel 1较早出版,但是仍然十分经典的著作中,找到折中解决的要点。

4)色彩、强度、透明度、遮盖力:

这些特性受到颜料可用表面,或者分散优化影响。对于遮盖性颜料,颜料的完全分散,可以提高遮盖力,还能提高着色剂的色彩强度(消除了絮凝)。

对于透明颜料,能提高透明度。对于所有颜料来说,都能完全展开色彩,提高色彩纯度。咔唑紫或者酞氰蓝颜料是典型的例子。这两种产品的色调和絮凝情况,都受到颜料分散质量的严重影响。

分散剂质量如何决定

这里有四个简单方法,一定程度上能够搞清楚颜料分散的质量。

1)细度计 

细度计是最简单的一种办法,也最常用的。有一个最大的优点,就是速度快。可惜这种方法不能提供可靠的颜料分散实际信息,只能提供最大颜料团块的尺寸,不能提供颗粒分布的情况。

2)电子显微镜

电子显微镜:电子显微镜非常精确,但却是一种很昂贵,还需要很长时间的方法。不能适合每天的实际检测。

 3)库尔特计数器

库尔特计数器: 也是一个好办法 。对于颜料分散液的颗粒分布,可以提供较好的信息。相对于电子显微镜,操作也要容易一些。图一展示了一个例子。

这三种不同的颜料分散液进行对比:一种是用德固赛FW-200颜料用钢球研磨机分散,一种是同一颜料用挤水换相法分散,还有一种是有机颜料通过研磨分散之后的分散液。各种色浆的粒径分布十分清楚。

图一:FW 200分散液:不同设备的分散效果
4)着色力

着色力测量:测量着色力是一个很简单,但非常重要的方法。这个方法能简单地判断颜料是否已经实现了最佳分散。这个方法是两个案例(酞氰蓝和碳黑)里面决定性的方法。
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