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新闻中心
分散剂的一般选择规律
2015-6-24
来源:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MjY3NjM4MA==&mid=200634429&idx=1&sn=1a0804dfe92ae8220dfb36a41fa37242&scene=5#rd
点击数: 1430          作者:未知
  • 1 针对树脂的选择

    树脂,尤其是研磨用树脂,在制备色浆时起着关键的作用。

    1)参加对颜料的分散和锚定

    2)参加保持已经分散隔离的颜料粒子的稳定

    树脂的上述作用,大家都可以通过一些实验看到,例如长油醇酸树脂、聚酰胺树脂、氨基树脂、醛酮树脂、低相对分子质量羟基丙烯酸树脂、都表现出对颜料很好的润湿能力,而低羟值丙烯酸树脂、热塑性丙烯酸树脂、高相对分子质量聚酯树脂,高相对分子质量饱和聚酯树脂,乙烯基共聚树脂、聚烯烃树脂等对颜料均表现出较差的润湿性。同样的颜料,在不同的树脂体系得到的色相也不同。几乎所有的炭黑和有机颜料及透明氧化铁都随着不同树脂体系改变着自身色相,尤其是散射色相。因此,选择合适的分散剂,不仅用来分散和稳定颜料,而且用来调整颜料最终达成我们需要的正确颜色,例如黑度、透明度、45°下的色光等。因此,分散剂与树脂的配合,包括:

    -相容性(取样检测,去除溶剂后检查相容性)

    -分散剂在该树脂体系对确定颜料的降黏行为(旋转黏度计检测)

    -分散剂在该树脂体系对确定颜料的展色行为(刮涂比色)

    -贮存稳定性(流板法)

    当树脂体系发生变动时,分散剂的上述性能表现都会发生相应的变动。这种变动就需要应用测试来确定。

    一般地,不容易总结一个简单的应用原则。对于树脂体系加上颜料因素,分散剂的选择就变得参数太多。因此必须同时考虑颜填料的性质。


    2 针对颜料填料的选择

    ● 炭黑和有机颜料

    如前文所述,工业用颜料门类和品种繁多。颜料行业把它们分为有机颜料和无机颜料。而涂料行业常把透明氧化铁和炭黑当作难分散颜料与有机颜料一同考虑。

    根据笔者研究的结果, 我们把难分散颜料进行了进一步的区分。

    区分原则是看其氢键的强度。

    在实验中,我们明确地看见这样的分散结果:

    在固定的树脂体系中,如果一个分散剂能对炭黑有很好的表现,那么它常常同时能稳定酞菁系颜料,而且,必然表现出对DPP红等其他有机颜料表现出弱的分散性能。

    反过来,如果一个分散剂能很好地分散稳定DPP红、有机紫等颜料,通常用它来分散炭黑得到不喜欢的棕红色相,对酞菁系颜料的降黏能力也不足。

    此类现象几乎在所有分散树脂中,对所有分散剂适用。极少有分散剂能同时对上述两大类难分散颜料都表现出极其好的性能。总是这这一类很好,而另一类略差。

    我认为这来源于颜料自身的氢键结构的多少及强弱。

    炭黑、酞菁蓝等颜料,其最主要的颜料之间的相互作用力并非氢键占主导,而是其它作用力,例如炭黑层状分子之间的偶合作用,酞菁结构的偶合作用,卤素的作用。而它们的表面处理中带有的极性基团相对于颜料自身的结构有独立性。

    以DPP为代表的有机红、永固紫类颜料,其颜料自身设计中带有很强的氢键,这个氢键作用提高了颜料的性能, 也直接影响了分散剂对颜料的作用。其界面的极性基团参与了颜料自身的氢键作用。这一点经过颜料化后期处理之后确凿无疑。

    据此,可以解释单用一个结构的分散剂不容易同时在两大类不同内在作用的颜料中同时拿到最佳效果。根据这个理论,我们也能够通过颜料结构判断它应该隶属于哪一边。例如异吲哚啉酮类颜料应该属于炭黑-酞菁系类别。而甲苯胺红应该倾向于后者。

    在实际的分散剂选择中,对于第一类难以分散的颜料,在容易相容的树脂体系中有最好的结果。然而如果树脂相容性不好,例如热塑性丙烯酸,则需要改用新型的聚丙烯酸酯型分散剂。对于第二类强氢键的颜料类别、高极性的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体系,高极性的PU和聚酯就受到限制。这时要改用改性的聚丙烯酸酯分散剂。

    ● 炭黑的黑度

    炭黑的黑度是研讨分散剂时一个极其重要的课题,也是最经常被讨论的。

    至今的实践表明,仪器的检测不及目测准确;不同的光线下,黑度有变化;不同的角度下,黑度也有变化;不同的分散剂会选择不同的炭黑给出不一样的黑度;黑度高的炭黑色母不一定着色力也提高。

    这一切都是容易解释的。因为炭黑的透明片状结构+炭黑的吸收光的能力。其透明片状结构在<1μm的粒径下的片径,以及排布取向,必然会导致光线的透射,反射,折射,散射。而这些衍生的色光会被碳黑有条件地吸收一部分,另一部分会继续它的行程。这是个复杂而充满变数的叠加效应。所以,百分之百的黑是没有的,就是没有最黑,只有相比对后的更黑。

    虽然能够理解,但是控制却是极其困难的。助剂公司从来没有停止过针对某个炭黑在某个体系中的黑度提高的课题。任何新的分散剂上市之前,首先要检测的,就是在目标体系里分散碳黑的表现。到目前为止,对炭黑的黑度与分散剂选择之间的关系,我们并无确切的理论可询。只能通过实验与参考样比对,再修正或更换结构,继续实测比对。

    ● 钛白

    起初,所有人都认为钛白非常容易分散,以至于用不用分散剂都可以。

    然而在与其他难分散颜料复配时,钛白会参与浮色;

    在制备高级别纯白时,钛白会出现雾影;

    在特殊要求的制品上,钛白需要极好的遮盖和白度,而且不允许在高温下泛黄; 很多普通工业场合不愿意采用昂贵的高级别钛白, 甚至采用钛白代用颜料; 上述问题引起了助剂行业对钛白分散的重视。

    根据其表面结构和处理,已经实验,分散钛白可以采用:

    -传统的润湿分散剂,包括带有酸值AV,氨值AMV,的有机羧酸,磷酸的胺盐以及控制絮凝型的润湿分散剂用于抑制其浮色

    -有机磷酸酯

    -专用的PU高分子分散剂

    -专用的乙烯基聚合物型钛白分散剂

    -在水性中广泛有效的聚合物表面活性剂(Polymeric Surfactant, 例如A6226型)

    以上产品各专业助剂公司都有开发和推荐。

    其中,润湿分散剂是通用的选择。对系统有着广泛的适应性,但是不能适应特殊要求。

    有机磷酸酯常被推荐制备高级别的纯白以去除雾影,而高相对分子质量分散剂则考虑了控制浮色,以及控制其白度的能力。在水性系统中的分散剂新技术帮助工厂自制的基准白能够接纳市售的色母。因此,分散剂用于钛白现在已经是常识。

    ● 透明氧化铁

    透明氧化铁的粒径在纳米水平,它的表面具有两性,它在低颜料浓度时,似乎很容易分散,色浆黏度很低,但是透明度确不容易拿到最好;而一旦略为超过临界的颜料浓度,色浆立即变稠至无法搅动,导致砂磨机丧失效率。

    氧化铁的透明度,有些像炭黑的黑度,似乎总是可以继续提高其透明度。我们的实验结果表明,一个我们已经认为透明度不错的样片,在45°观察,可能仍然有较重的雾影;

    那么,究竟用什么最好?这个问题又是一个捉摸不定的疑惑。

    各助剂公司同样在给出自己的方案。这一点从公开的推荐资料中就可以看见。

    加上树脂系统的不同导致的选择性,推荐的方案就不止一种了。

    例如有采用磷酸酯的方法;有采用高分子分散剂配合酸性端基润湿剂的方法,有单独设计的高分子分散剂等。它们在不同的系统对同一个透明氧化铁颜料显示出适应性。

    ● 消光粉

    消光粉其实本身不难分散。它是在生产的时候就预先微粉化了的。有的有表面的蜡处理,有的没有,带有极性的羟基。然而,消光粉的分散问题来源于应用要求。

    有的要求亚光的涂料能用一个配方适应多种施工方法,例如喷刷要光泽一致;

    有的要求在高温高湿的环境下,消光均匀性不受影响;

    有的要求低黏度条件下,消光粉有最小的沉降;

    有的要求有最高的透明度;

    有的要求有极好的耐摩擦性质,而引入硬质石英粉,因此需要一同作分散处理等等。

    这导致了分散剂的随之变化。从传统润湿分散剂,到专用的高分子PU分散剂,到磷酸酯,到磷酸酯的胺盐,到其它特殊聚合物,都有被用来分散消光粉的。那么究竟哪个最好?如前所述,那要看你怎么要求了。不能指望一个分散剂同时解决上面全部的要求。

    原理上,润湿剂能提高最终体系的流动能力;高相对分子质量分散剂则能防止沉降并控制消光粉在湿膜的运动而更容易定向,得到均匀的消光。

    ● 铝粉和珠光粉等金属闪光颜料

    常用的解决方案是润湿剂。

    也可以用与树脂相容的高分子分散剂来分散它们。同时控制它们的运

    动。这些都有成功配方的实例。

    ● 纳米级二氧化钛和其他纳米分散体

    在这个场合,高分子PU若能相容,能得到最好的稳定效果。

    否则就要求采用丙烯酸系的分散剂了。

    ● 确定一个主分散剂

    一般地在一个确定的树脂和溶剂系统,AFCONA推荐采用这样的方法筛选一个合适的主分散剂:

    首先,分散高色素炭黑,钛白,DPP红,普通氧化铁红四种颜料。

    评估该分散剂对这四种常规色母的制备有无困难,例如降黏行为是否足够。

    评估展色强度

    评估贮存稳定性(流板及热储存)。

    若一个分散剂能在这个特定系统里,对上述四种颜料表现出好的分散

    能力,那么它基本能胜任各种其它颜料的要求。即可被选择作为这个系统的主分散剂。当然,特殊的颜料如透铁,仍然可能例外。

    这个方法也可以用来评估两个不同的分散剂的综合表现,找到适合它来处理的颜料类型。

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