分散劑的選擇規(guī)律
一、分散主體樹脂的選擇
樹脂,尤其是研磨用樹脂,在制備色漿時起著關(guān)鍵的作用,主體樹脂的作用如下:
(1)可以對顏料進行分散和錨定
(2)穩(wěn)定已經(jīng)分散隔離的顏料粒子
主體樹脂的上述作用,大家都可以通過一些實驗看到,例如長油醇酸樹脂、聚酰胺樹脂、氨基樹脂、醛酮樹脂、低分子量羥基丙烯酸樹脂,都表現(xiàn)出對顏料很好的潤濕能力,而低羥值丙烯酸樹脂、熱塑性丙烯酸樹脂、高分子量聚酯樹脂,高分子量飽和聚酯樹脂,乙烯基共聚樹脂、聚烯烴樹脂等對顏料均表現(xiàn)出較差的潤濕性。同樣的顏料,在不同的樹脂體系得到的色相也不同。幾乎所有的炭黑、有機顏料、透明氧化鐵都隨著不同樹脂體系改變著自身色相,尤其是散射色相。因此,在確定的主體樹脂體系中、選擇合適的分散劑,不僅用來分散和穩(wěn)定顏料,而且用來調(diào)整顏料最終達成我們需要的正確顏色,例如黑度、透明度、45°下的色光等。因此,分散劑與樹脂的合理搭配,包括:
①相容性(取樣檢測,去除溶劑后檢查相容性)
②分散劑在該樹脂體系對確定顏料的降黏行為(旋轉(zhuǎn)黏度計檢測)
③分散劑在該樹脂體系對確定顏料的展色行為(刮涂比色)
④貯存穩(wěn)定性(流板法)
當(dāng)樹脂體系發(fā)生變動時,分散劑的上述性能表現(xiàn)都會發(fā)生相應(yīng)的變動。這種變動就需要應(yīng)用測試來確定。
一般地,不容易總結(jié)一個簡單的應(yīng)用原則。對于樹脂體系加上顏料因素,分散劑的選擇就變得參數(shù)太多。因此不僅需要考慮主體樹脂與分散劑的搭配,還必須同時考慮顏填料的性質(zhì)。
二、針對顏料填料的選擇
● 炭黑和有機顏料
如前文所述,工業(yè)用顏料門類和品種繁多。顏料行業(yè)把它們分為有機顏料和無機顏料。而涂料行業(yè)常把透明氧化鐵、炭黑當(dāng)作難分散顏料與有機顏料一同考慮。
我們把難分散顏料進行了進一步的區(qū)分,區(qū)分原則是看其氫鍵的強度。
在實驗中,我們明確地看見這樣的分散結(jié)果:
在固定的樹脂體系中,如果一個分散劑能對炭黑有很好的表現(xiàn),那么它常常同時能穩(wěn)定酞菁系顏料,而且,必然表現(xiàn)出對DPP紅等其他有機顏料表現(xiàn)出弱的分散性能。反過來,如果一個分散劑能很好地分散穩(wěn)定DPP紅、有機紫等顏料,通常用它來分散炭黑得到不喜歡的棕紅色相,對酞菁系顏料的降黏能力也不足。此類現(xiàn)象幾乎在所有分散樹脂中,對所有分散劑適用。極少有分散劑能同時對上述兩大類難分散顏料都表現(xiàn)出極其好的性能??偸沁@這一類很好,而另一類略差。
主要原因是,顏料自身的氫鍵結(jié)構(gòu)的數(shù)量及強弱。
炭黑、酞菁藍等顏料,其最主要的顏料之間的相互作用力并非氫鍵占主導(dǎo),而是其它作用力,例如炭黑層狀分子之間的偶合作用,酞菁結(jié)構(gòu)的偶合作用、鹵素的作用。而它們的表面處理中帶有的極性基團相對于顏料自身的結(jié)構(gòu)有獨立性。
以DPP為代表的有機紅、永固紫類顏料,其顏料自身設(shè)計中帶有很強的氫鍵,這個氫鍵作用提高了顏料的性能, 也直接影響了分散劑對顏料的作用,其界面的極性基團參與了顏料自身的氫鍵作用。這一點經(jīng)過顏料化后期處理之后確鑿無疑。
據(jù)此,單用一個結(jié)構(gòu)的分散劑不容易同時在兩大類不同內(nèi)在作用的顏料中同時拿到最佳效果。根據(jù)這個理論,我們也能夠通過顏料結(jié)構(gòu)判斷它應(yīng)該隸屬于哪一邊。例如異吲哚啉酮類顏料應(yīng)該屬于炭黑-酞菁系類別。而甲苯胺紅應(yīng)該傾向于后者。
在實際的分散劑選擇中,對于第一類難以分散的顏料,在容易相容的樹脂體系中有最好的結(jié)果。然而如果樹脂相容性不好,例如熱塑性丙烯酸,則需要改用新型的聚丙烯酸酯型分散劑。對于第二類強氫鍵的顏料類別,高極性的PU,聚酯,聚丙烯酸酯,都能有很好的效果。只是在相容性不好的體系,高極性的PU和聚酯就受到限制。這時要改用改性的聚丙烯酸酯分散劑。
● 炭黑的黑度
炭黑的黑度是研討分散劑時一個極其重要的課題,也是最經(jīng)常被討論的。
至今的實踐表明,儀器的檢測不及目測準(zhǔn)確;不同的光線下,黑度有變化;不同的角度下,黑度也有變化;不同的分散劑會選擇不同的炭黑給出不一樣的黑度;黑度高的炭黑色母不一定著色力也提高。
這一切都是容易解釋的。因為炭黑的透明片狀結(jié)構(gòu)+炭黑的吸收光的能力。其透明片狀結(jié)構(gòu)在<1μm的粒徑下的片徑,以及排布取向,必然會導(dǎo)致光線的透射,反射,折射,散射。而這些衍生的色光會被碳黑有條件地吸收一部分,另一部分會繼續(xù)它的行程。這是個復(fù)雜而充滿變數(shù)的疊加效應(yīng)。所以,百分之百的黑是沒有的,就是沒有最黑,只有相比對后的更黑。
● 鈦白
起初,所有人都認為鈦白非常容易分散,以至于用不用分散劑都可以。然而在與其他難分散顏料復(fù)配時,鈦白會參與浮色;在制備高級別純白時,鈦白會出現(xiàn)霧影;在特殊要求的制品上,鈦白需要極好的遮蓋和白度,而且不允許在高溫下泛黃; 很多普通工業(yè)場合不愿意采用昂貴的高級別鈦白, 甚至采用鈦白代用顏料; 上述問題引起了助劑行業(yè)對鈦白分散的重視。
● 透明氧化鐵
透明氧化鐵的粒徑在納米水平,它的表面具有兩性,它在低顏料濃度時,似乎很容易分散,色漿黏度很低,但是透明度確不容易拿到最好;而一旦略為超過臨界的顏料濃度,色漿立即變稠至無法攪動,導(dǎo)致砂磨機喪失效率。
氧化鐵的透明度,有些像炭黑的黑度,似乎總是可以繼續(xù)提高其透明度。我們的實驗結(jié)果表明,一個我們已經(jīng)認為透明度不錯的樣片,在45°觀察,可能仍然有較重的霧影;
那么,究竟用什么最好?這個問題又是一個捉摸不定的疑惑。
各助劑公司同樣在給出自己的方案。這一點從公開的推薦資料中就可以看見。
加上樹脂系統(tǒng)的不同導(dǎo)致的選擇性,推薦的方案就不止一種了。
● 消光粉
消光粉其實本身不難分散。它是在生產(chǎn)的時候就預(yù)先微粉化了的。有的有表面的蠟處理,有的沒有,帶有極性的羥基。然而,消光粉的分散問題來源于應(yīng)用要求。
有的要求亞光的涂料能用一個配方適應(yīng)多種施工方法,例如噴刷要光澤一致;
有的要求在高溫高濕的環(huán)境下,消光均勻性不受影響;
有的要求低黏度條件下,消光粉有最小的沉降;
有的要求有最高的透明度;
有的要求有極好的耐摩擦性質(zhì),而引入硬質(zhì)石英粉,因此需要一同作分散處理等等。
這導(dǎo)致了分散劑的隨之變化。從傳統(tǒng)潤濕分散劑,到專用的高分子PU分散劑,到磷酸酯,到磷酸酯的胺鹽,到其它特殊聚合物,都有被用來分散消光粉的。那么究竟哪個最好?如前所述,那要看你怎么要求了。不能指望一個分散劑同時解決上面全部的要求。
原理上,潤濕劑能提高最終體系的流動能力;高相對分子質(zhì)量分散劑則能防止沉降并控制消光粉在濕膜的運動而更容易定向,得到均勻的消光。
● 鋁粉和珠光粉等金屬閃光顏料
常用的解決方案是潤濕劑。
也可以用與樹脂相容的高分子分散劑來分散它們。同時控制它們的運動。這些都有成功配方的實例。
● 納米級二氧化鈦和其他納米分散體
在這個場合,高分子PU若能相容,能得到最好的穩(wěn)定效果。否則就要求采用丙烯酸系的分散劑了。
● 確定一個主分散劑
一般地在一個確定的樹脂和溶劑系統(tǒng),MANTOS推薦采用這樣的方法篩選合適的主分散劑:
首先,分散高色素炭黑,鈦白,DPP紅,普通氧化鐵紅四種顏料。
①評估該分散劑對這四種常規(guī)色母的制備有無困難,例如降黏行為是否足夠。
②評估展色強度。
③評估貯存穩(wěn)定性(流板及熱儲存)。
若一個分散劑能在這個特定系統(tǒng)里,對上述四種顏料表現(xiàn)出好的分散能力,那么它基本能勝任各種其它顏料的要求。即可被選擇作為這個系統(tǒng)的主分散劑。當(dāng)然,特殊的顏料如透明氧化鐵顏料,仍然可能例外。
這個方法也可以用來評估兩個不同的分散劑的綜合表現(xiàn),找到適合它來處理的顏料類型。
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