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颜料分散对涂料性能的影响

浏览次数: 日期:2008年10月17日

 

在分散颜料,尤其是分散有机颜料时,人们常会碰到的一些问题如絮凝、颜色或透明度不足,流变性或稳定性差。本文涉及到引起这些问题可能的原因,以及通过正确选择各种原材料和分散机械设备来消除这些问题。

“分散良好”指什么?
    纯理论而言,“分散良好”是指体系中每个颜料颗粒是完全解除絮凝状态,即每个颜料颗粒都由一薄层漆基或溶剂所包裹。然而,实际上这是难以达到的。更为重要的是要使过大的颜料附聚团粒的百分率尽可能降低。
    颜料分散状况对涂料性能方面的影响如何呢?
    颜料分散质量可影响许多重要的涂料性能:
    ●  光泽
    ●  耐候性和耐化学性
    ●  贮存期
    ●  颜色、着色力和透明度
    ●  遮盖力
    光泽:如果颜料得到最佳分散,则这就可直接提高光泽度。原则上,光泽是由漆基的性能决定的。添加必要的颜料只能对光泽起到不利的影响:如果颜料未得到最佳分散,则某些颜料附聚团粒将对表面平整度起到不利影响,因而由于光的漫散射而降低表现光泽。
    耐性:耐候性和耐化学性主要也将由选择的漆基所决定。这里颜料粒子分散不充分也会降低耐性。凸出于表面的颜料粒子提供了化学药品和气候因素的攻击点。反之,如果正确选择的颜料得到了最佳的分散,仅能对涂料体系耐性加以改进,例如,通过反射(TiO2)或吸收紫外辐射(氧化铁红)来改进耐候性。适当的颜料或体质颜料如果得以最佳分散也能改进漆基的耐化学性。
    贮存期:涂料体系的贮存期很大程度上取决于颜料分散的质量。当体系中存在有过多比率的粗颜料粒子时,颜料粗粒沉淀而产生的不利影响是容易理解的。这样的稳定性问题是或由所谓的颜料“后润湿”,或由相反的颜料再絮凝所引起的。如果就在开始分散至完全分散时该颜料没有完全再絮凝时可以赋予后润湿。先前正确分散好的颜料分散体的再絮凝的原因是该颜料浆的稳定性够好。这在很大程度上取决于在分散过程中分散漆基的稳定性能或漆基,溶剂的比率。溶剂一般都有优良的润湿性能,而漆基对稳定性是有利的。问题是润湿(=溶剂)和稳定性(=漆基)要达到理想的结合。
    颜色、颜色强度、透明度和遮盖力:所有这些性能在很大程度上取决于所用的颜料表面即“最佳的分散”。颜料的完全分散在遮盖性颜料的情况下,可导致遮盖力增加,使调色色浆的色强度更大(没有絮凝);而在透明性颜料的情况下,可使透明度更好。对于所有的颜料而言,颜料的完全分散可导致该颜色的色调和“色纯度”完全展现。一些颜料如咔唑紫或酞菁蓝在很大程度都由颜料分散的质量决定的。
如何测定分散体的质量?
    测定颜料分散体质量有四种(或更多或更少)简单的方法:
    ●  细度计
    ●  电子显微镜
    ●  库尔特计数器
    ●  着色力
细度计
    细度计当然是最简单和最常用的方法。
    细度计最大的一个优点是快速。该方法非正式地提供有关颜料分散体实际质量的可靠信息,它只能指出最大颜料附聚团粒的大小,而一点不能提供粒度分布的信息。
电子显微镜
    电子显微镜是一种很准确,但昂贵并费时的方法。它一点也不适用于日常的实际使用。
库尔特计数器
    库尔特计数器也是一种很好的方法。它可提供颜料分散体中粒度分布的很好的概念,和电子显微镜法相比,也是一种相对容易进行的操作。

着色力的测量
     着色力的测量是一种很简单但很重要的方法。该方法使之容易确定该颜料是否已最佳分散。该方法主要用于某些样品,如酞菁蓝和炭黑调色浆。
影响分散体质量的因素有哪些?
     颜料分散体的所有组成部分对分散的进展都有明显的影响。然而,所使用的分散机也起很重要的作用。这里需要考虑三个变量:
    ● 颜料本身
    ● 漆料(加溶剂和添加剂)
    ● 分散机
颜料
    颜料本身的选择是很重要的,即使化学上是同样的颜料在分散过程中都可以有明显的区别。原则上,实际没有完全相同的颜料,因为有这样情况下颜料的一系列性能都需要是相同的才行。最重要的性能有:
    ● 颜色
    ● 颜色强度
    ● 流变学性能
    ● 可湿润性
    ● 耐光性和耐候性
    ● 与其他颜料的相容性(絮凝)
    ● 耐溶剂性 
漆基
    颜料的分散性能在很大程度上还受所选定的分散漆基影响。在日常实践中常常设想最可靠和最简单的方法是使用制造实际漆分散颜料的同样的漆基。但遗憾的是,这不是总是正确的解决方法,对于“临界的”颜料或润湿性不良的漆基肯定不是正确的方法。
分散设备
    所用的分散机也是很重要的。今天的趋势是朝向具有可能的最高产率和有占空间小和能耗低的分散机发展。对于许多正常的颜料,即易润湿的颜料而言,这样一些现代化的分散机通常是完全足够的。只是在必须分散不好分散的有机颜料才会出现一些问题,分散常是特别昂贵的,因为它们常常只牵渺到小的批量之故。 
    分散能指为分散而使用的能量,分散能不一定指分散机能量消耗的同一件事。实际上这是指难于润湿的颜料,例如咔唑紫、炭黑、酞菁蓝等,如果该分散机能提供必要的分散能时才能使它们完全展现颜色和色强度。  
    下面是按照其分散能排列的研磨设备:搅拌机<分散机<砂磨<珠磨<球磨<立式球磨<三辊磨。
    可利用什么实际解决办法?
    对于一种良好的颜料分散体自身生产而言,正如上面所指出的那样,正确选择三个变量颜料、漆基和分散机是有超乎寻常意义。当然,选择另外的途径也是可以的,如使用所谓的“预处理过的颜料”,预处理过颜料浆的挤水颜料浆。但这又是一个需要同时接受优点与缺点的事情。
    当使用预处理的颜料时,例如,必须考虑到已生产出的颜料高达25%是来自润湿剂的组合物。换言之:即使该颜料最佳分散,色强度也降低了。
    挤水颜料可有效解决该问题,但这里的应用也受到限制。通常只有在水相中生产的那些颜料进行颜料挤水。在工业漆基中也只有很少挤水颜料得到应用。最后但并非最不重要的有挤水颜料浆。一些强大的工业公司长期来已认可使用半成品或超半成品(out-proeessing)的优点。但是人们也一再听到一些缺点:使用表面处理过的颜料浆是相当昂贵的。对于大批量的易分散性颜料而言,这当然可以应用。但是对于难分散颜料而言,在很好装备的公司中简直就是不经济的话语真实性,以及也对于小批量问题就要考虑了,使用表面处理过的颜料浆很肯定是最经济的选择方案之一。
    使用表面、处理过的颜料浆及还有其他半成品的主要优点是常被忽视的。例如,原材料的贮存要简单得多和不复杂得多。表面处理过的颜料色浆主要可即刻以方便的包装生产。使用中生产配劳的数量减少了,这就降低了每批产品发生错误的危险。如果半成品生产对原材料进行检验,则就可获得高水平的再现性,这样最终调色化费时问要少,因而成本也降低。
    当比较用颜料本身生产和外购成品色浆来生产的成本时,考虑它们真正情况的所有实际成本是重要的。

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