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涂料 | 涂料体系中的界面原理(三) 颜料在涂料体系内的分散

来源:polymer-study    发布时间:2020-02-04 20:38:37

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作者:guicheng


树脂或分散剂对颜料表面的润湿、颜料的分散过程以及涂料在基材表面的铺展均与固-液界面有关。这里简要介绍颜料、填料在体系内分散过程中的界面变化现象。

 

涂料用颜料和填料的尺寸比较小,并且分散性很高,因此具有很高的表面能。为了减少表面能,颜料或填料粒子之间倾向于发生团聚以减小表面积。同时,由于表面的原子价或分子力场不饱和,颜料会吸附空气中的气体分子来降低体系的表面能。表征填料吸附能力大小的参数是吸油量。

 

吸油量指在定量的粉状颜料中,逐步将油滴入其中,使其均匀调入颜料,直至滴加的油脂能使全部颜料粘在一起的最低用油量就是吸油量。一般以100g颜料所吸收的精制亚麻油的最低克数来表示。吸油量除和颜料的化学本质有关外,又和颜料的物理状态有关,即颜料粒子的大小及其颜料与颜料之间的空隙度有关。对同一颜料而言,吸油量还与颗粒的形状、颜料的表面状态、测定的手法、油的酸度、颜料的质地也有一定的关系。

 

一般情况下,颜料粒子的尺寸越小,比表面积越大,吸油量越大。颜料粒子间的孔隙度越大,吸油量越大;针状粒子的比表面积远大于球状粒子的,且颜料之间的空隙更大,因此吸油量更大。

 

根据上一节的分析,颜料在涂料内的分散功可以表达为:



根据分散功的表达式可以看出,如果希望颜料在体系内良好地分散,一方面要求颜料与分散介质之间具有良好的润湿能力,同时要求不能有太大的界面张力。界面张力过大会导致颜料发生絮凝,从而造成雾影、光泽度下降、浮色发花现象。对颜料进行表面处理可以降低界面张力,增大颜料在涂料内的分散程度,减小絮凝趋势,降低其聚结沉淀的概率。

 

表面活性剂

 

根据以上分析可以看出,界面性质决定了颜料在体系内的分散,改变体系内界面性质最有效的物质是界面活性剂,也称为表面活性剂。表面活性剂在涂料工业中有许多十分重要的应用,如润湿、分散、絮凝、发泡和消泡、乳化和破乳等,有工业味精的称号。

 

在这里主要介绍表面活性剂对颜料分散和体系稳定性的影响。表面活性剂通常是由性质截然不同的亲油基和亲水基两部分组成,可以在溶液表面定向排列,并使表面张力显著下降。按化学结构表面活性剂可以分为阴离子型、阳离子型、两性离子型以及非离子型。

 

分散剂是表面活性剂的一种,一端可以吸附在颜料表面,另一端可以在体系中溶剂化,从而改变颜料的表面性能,使颜料的润湿和分散过程容易进行。润湿是改变颜料表面性能的过程,除掉表面吸附的水和空气,改变其极性,降低液-固之间界面张力和接触角,增加颜料和漆料的亲合力,缩短颜料在漆料中的研磨分散时间,通过粉碎形成颜料细小颗粒的悬浮体。

 

空间位阻


在无外力作用下,要保持颗粒稳定的分散状态,就必须加入一定量的分散剂,分散剂吸附在颜料微粒的表面,通过形成双电层、物理屏蔽作用、氢键作用、偶极作用,防止分散了的颜料粒子再度聚集,使其在分散体系中处于稳定的悬浮状态。润湿剂和分散剂的作用有时很难区分,同一种产品常兼具润湿和分散双重作用。

 

不相容


在选择分散剂时一定要考虑分散剂与体系中树脂及溶剂的相容性,如果分散剂与溶剂相容很好,则溶剂化的链段在体系中比较伸展,这增加了分散剂的空间位阻,抑制了颜料的团聚,使体系变得稳定。如果不相容,溶剂化分子链发生收缩,空间位阻减小,由于同种物质之间的相互作用更强,颜料容易发生团聚,导致体系的稳定性变差。


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