加入分散劑后,粒子之間相互隔離,相互作用力減小,涂料體系的粘度下降。
這一趨勢(shì)隨著分散劑添加量的增加而增強(qiáng),直至涂料粘度降至最低,呈現(xiàn)牛頓流體的特性。
其后,隨著分散劑用量的逐漸增大,游離的分散劑之間的作用力使彼此間形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而使涂料粘度升高。
鈦白粉分散性的評(píng)價(jià)方法
細(xì)度板:常用的檢測(cè)工具 ,粗略但快速。
光澤、霧影測(cè)量:與顏料的細(xì)度密切相關(guān)。
流平性測(cè)量:解絮凝分散的涂料其流動(dòng)性能較為接近牛頓型流體。
指擦試驗(yàn):有其他顏色存在時(shí)。
外觀評(píng)價(jià):起泡傾向。
儲(chǔ)存穩(wěn)定性:40°C儲(chǔ)存1~4星期。
分散這個(gè)問(wèn)題對(duì)于每一個(gè)鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)和使用企業(yè)而言都是首先需要解決的問(wèn)題。就鈦白粉的生產(chǎn)與應(yīng)用過(guò)程而言,分散性的好壞常常是評(píng)價(jià)該產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)劣的極為重要的指標(biāo)。金紅石型鈦白粉在涂料領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,分散 性更是關(guān)注的焦點(diǎn)。
鈦白粉在水性涂料中分散原理
鈦白粉在水相中分散的基本原理:我們可以把鈦白粉的研磨分散過(guò)程大致分為相互影響、相互制約的三個(gè)步驟:
A、潤(rùn)濕;
B、分離;
C、穩(wěn)定化。
在實(shí)際研磨分散過(guò)程中這三個(gè)步驟并不是循序漸進(jìn)的,而是一環(huán)扣一環(huán),相輔相成又相互制約的,即這三者中若有一個(gè)不能達(dá)到目的就會(huì)使研磨效率下降甚至產(chǎn)品不能達(dá)到所需求的程度,或者返粗。
在涂料生產(chǎn)的過(guò)程中,鈦白粉分散的好壞直接影響著水性涂料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性、涂膜外觀和涂裝作業(yè)難易等。在水性涂料的生產(chǎn)過(guò)程中,鈦白粉顏料的潤(rùn)濕過(guò)程是一個(gè) “鈦白粉-空氣”、“鈦白粉-鈦白粉粒子界面”被“鈦白粉-樹脂溶液界面”替換的過(guò)程,決定潤(rùn)濕效果的因素主要有樹脂溶液在鈦白粉顏料粒子表面的吸附,樹脂向鈦白粉顏料凝聚體空隙間的滲透。粉碎過(guò)程是鈦白粉顏料粒子的凝聚體或者附聚體通過(guò)剪切力或者沖擊力破壞為細(xì)小粒子的過(guò)程,它不僅與設(shè)備有關(guān)系,還與鈦 白粉顏料的聚凝狀態(tài)相關(guān)。分散穩(wěn)定是粒子間產(chǎn)生斥力而阻止粒子間再聚集的過(guò)程。
影響鈦白粉分散性的因素及機(jī)理
1、鹽含量(電阻率)
根據(jù)雙電層的一般原理,表面帶負(fù)電荷的微粒其雙電層將會(huì)受到體系中陰離子或陰離子集團(tuán)的壓縮,從而導(dǎo)致微粒的Zeta電位下降并直接導(dǎo)致分散體系的穩(wěn)定性下降,尤其明顯的是高價(jià)陰離子或陰離子集團(tuán)對(duì)處于分散狀態(tài)的微粒的Zeta電位的影響更為突出。
在金紅石型鈦白粉的表面處理過(guò)程中,通常難以避免的會(huì)引入大量的雜質(zhì)離子,其中常見(jiàn)的是SO42+、Cl-等陰離子以及Na+等陽(yáng)離子。雖然各廠家的生產(chǎn)工藝條件不一樣,但由表面處理帶入一定數(shù)量的雜質(zhì)種類均會(huì)對(duì)最后產(chǎn)品的水分散性帶來(lái)不良影響。因此,有必要將表面處理之后的產(chǎn)品進(jìn)行去除雜質(zhì)的處理,這項(xiàng)指標(biāo)往往以電阻率來(lái)表示。
2、體系的PH值
鈦白粉在應(yīng)用體系中的PH值雖然不是由鈦白粉制造商所能決定的,但是仍然有必要對(duì)這一指標(biāo)的影響進(jìn)行充分的了解。因?yàn)樵阝伆追鄣闹苽溥^(guò)程中,PH值本身的變動(dòng)范圍也比較大,了解該項(xiàng)指標(biāo)對(duì)分散性的影響,有利于我們控制鈦白粉的PH值在更加有效的范圍內(nèi),并盡可能地提高鈦白粉在水相體系中的分散性能。
在接近理想狀態(tài)的水相體系中,體系的PH值也將成為影響金紅石型鈦白粉分散的重要因素,其產(chǎn)生影響的主要機(jī)理我們分析認(rèn)為可能還是可以歸結(jié)到雙電層的原因。不同型號(hào)的鈦白粉由于其表面性質(zhì)的差異,其所謂的等電點(diǎn)則有非常明顯的不同。
3、表面化學(xué)特性
實(shí)際上在水性涂料體系里面,ξ電位是隨著鈦白粉的單位吸附量的增加而迅速增大的,但是當(dāng)ξ電位升高到一定程度后,其增大的幅度逐漸變緩。從而表明鈦白粉顆粒 必須達(dá)到一定的吸附量,才能夠具有一定的電荷穩(wěn)定性,這一點(diǎn)對(duì)實(shí)際的水性涂料配方設(shè)計(jì)有著深遠(yuǎn)的意義。
隨著鈦白粉粒子的細(xì)微化,表面原子所占比例增加。但 表面原子受到的是不對(duì)稱力,即與其鄰近的內(nèi)部原子的非對(duì)稱價(jià)鍵力和其他原子的范德華力的作用,其價(jià)鍵是不飽和的。
根據(jù)鈦白粉在水溶液中的pH值不同,可帶正電、負(fù)電和電中性。當(dāng)pH值比較小時(shí),粒子表面形成M—OH2,導(dǎo)致粒子表面帶正電;當(dāng)pH值高時(shí)粒子表面形成M-O鍵,使粒子表面帶負(fù)電;如果pH值處于中間值,則表面形成M—OH,粒子呈電中性。在不同的pH值下,分散在水中的粉體的表面化學(xué)特性就由吸附到顆粒表面的H+和OH-粒子所決定。
4、水性涂料分散劑對(duì)鈦白粉粉體特性的影響
在鈦白粉含量不變的情況下,單位的吸附量與分散劑的含量成正比。根據(jù)膠體穩(wěn)定性的DLVO理論,膠體質(zhì)點(diǎn)之間存在范德華吸引作用,而質(zhì)點(diǎn)在相互接近時(shí)又因雙電層的重疊而產(chǎn)生排斥作用,膠體的穩(wěn)定性取決于質(zhì)點(diǎn)之間吸引與排斥作用的相對(duì)大小。
懸浮體的分散性和流動(dòng)性與其ξ電位值有很大關(guān)系,一般ξ電位絕對(duì)值越大,越有利于懸浮體分散。在漿料的制備過(guò)程中,為獲得高分散性穩(wěn)定性好的漿料,通常選用一些高分子電解質(zhì)來(lái)改善其懸浮性能。
引入分散劑以后,粒子表面ξ電位絕對(duì)值增加,這是由于加入分散劑后,帶有負(fù)電荷的分散劑陰離子基團(tuán)吸附在鈦白粉粒子表 面,使粒子表面的負(fù)電荷性更高,粒子表面的電荷密度最高,粒子間產(chǎn)生最大的靜電斥力,于是漿料具有最佳的分散性。因此,制備高固體含量的鈦白粉漿料選擇最 佳pH值應(yīng)在8~9。
5、水性涂料分散劑對(duì)鈦白粉漿料流變特性的影響
懸浮液的流變性決定于漿液的固含量和粒子間的相互作用。鈦白粉粉體在水介質(zhì)中具有較高的比表面能,因而容易產(chǎn)生團(tuán)聚或絮凝,影響漿料的穩(wěn)定性和均勻性。
分散劑的加入不僅能改善粉體的表面特性,而且對(duì)鈦白粉懸浮體的流變行為也有較大影響,通過(guò)加入分散劑的方法可以獲得低黏度、高穩(wěn)定性均勻性好的涂料漿料。
不加分散劑時(shí)漿料的黏度最大,隨著分散劑用量的增加,粒子表面電荷密度升高,離子間斥力也相應(yīng)增加,漿料的黏度開(kāi)始下降,流動(dòng)性好轉(zhuǎn),體系的分散性得到改善。
進(jìn)一步增加分散劑用量,漿料黏度變化不大,這是由于粒子表面電荷達(dá)到飽和所致。但分散劑用量過(guò)大,過(guò)剩的分散劑分子相互橋連形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),限制粒子間的運(yùn) 動(dòng),使流變性變差。
分散問(wèn)題是粉體行業(yè)永遠(yuǎn)無(wú)法繞開(kāi)的問(wèn)題,只有深入研究分散機(jī)理并結(jié)合實(shí)際粉體生產(chǎn)工藝,才能找到復(fù)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的技術(shù)突破口。
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