無樹脂水性色漿的制備及應用

0色漿與水性色漿在涂料中的應用實色涂料采用彩色砂漿法代替傳統的砂漿法進行研磨和研磨，這是近年來涂料行業的發展趨勢。傳統方法是將粉狀顏料、助劑、溶劑及樹脂等各種組分混合在一起進行研磨分散配色。而色漿調色工藝,是先將顏料加工成色漿,再對基礎涂料進行調色,能最大限度地滿足客戶對個性化色彩的要求,簡化制漆工藝近年來,隨著涂料水性化的發展,水性色漿在建筑和木器等涂料中的調色應用越來越廣泛。但由于水性色漿在貯存和使用過程中,常常會出現色相變差、色強度減小、顏料顆粒絮凝、返粗、體系分水等問題本研究以氧化鐵和酞菁為色漿顏料,從顏料用量、分散劑、增稠劑種類及用量、制備工藝等方面討論如何提高色漿貯存穩定性。1高性能紙漿制備和穩定性試驗1.1無樹脂水性漿的制備工藝無樹脂水性色漿是顏料依賴分散劑作用懸浮分散于水中的水-固非均相體系,其制備工藝路線如圖1所示。1.2對水性漿的穩定性的分析1.2.1分散性能的評價將制備的色漿置于50mL量筒中,記錄粒子沉降開始時的體積1.2.2分散的材料利用日本日立儀器公司生產的HITACHIS-4800掃描電子顯微鏡觀測。1.2.3qxd型刮板細度計算參照GB/T1724—1979涂料細度測定法,采用天津市材料實驗機廠QXD型刮板細度計測試。參照GB/T1723—1993涂料黏度測定法,采用上海衡平儀器儀表廠NDJ-5涂-4黏度計測試。1.2.4人工加速條件穩定性測試參照GB/T6753.3—1986涂料貯存穩定性實驗方法,選擇人工加速條件測試貯存穩定性。取適量樣品置于廣口瓶中,塞緊瓶口,置于恒溫干燥箱,調節溫度(50±2)℃[常溫穩定性溫度調節為(25±2)℃],貯存7d,檢查沉降程度。2顏料含量對產品性能的影響顏料是色漿的核心部分,色漿生產過程中,顏料分散的好壞顯著影響著色漿的貯存穩定性。水性色漿中顏料含量應盡可能高,以便色漿在配漆時的加入量在達到要求的著色和遮蓋力時盡可能少,最大程度地降低色漿對涂料產品性能的負面影響。根據Stokes公式式中:由式(1)可以看出顏料粒子的沉降速度實驗研究了氧化鐵黃顏料在色漿中的不同含量對體系黏度和顏料沉降體積分數的影響(如圖2)。由圖2可知,隨著氧化鐵黃用量的增加,黏度上升,沉降體積分數變大,說明提高顏料用量在一定范圍內有利于提高體系的分散穩定性。當氧化鐵黃用量達到65%時,體系黏度急劇升高而難以測量,這是因為體系中顏料粒子數量增多,粒子間距變小,粒子間的電荷斥力無法抵抗粒子間相互的吸引力而造成粒子凝聚,此時較大的沉降率可能是因為絮凝效應使體系粒子暫時穩定,當形成較大的絮凝體時,顏料由于較大的重力作用而沉降,貯存穩定性必然下降。3粒徑和空間位阻水的表面張力大,僅通過顏料表面改性通常不足以被水充分潤濕,還必須借助潤濕分散劑將聚集的顏料顆粒潤濕分開,并維持顆粒呈穩定的分散狀態。用于無機顏料水性色漿的分散劑一般為陰離子或非離子型聚皂類化合物,采用電荷斥力和空間位阻的雙重穩定作用。有機顏料則采用具有顏料親和基團的嵌段共聚物,帶有較多的吸附錨固點,吸附作用增強;相對分子質量大,空間位阻效應強。3.1sn-534對鐵紅顏料分散性的影響大多數無機顏料表面極性強,對水介質親和力大,表面電離帶電。陰離子型潤濕分散劑在水中電離出帶異相電荷的基團與顏料表面形成離子鍵,依靠較強的化學吸附作用穩定在顏料表面。潤濕分散劑在水中電離程度越高,親合力越大,潤濕分散能力越強對比發現SN-5034對鐵紅顏料的分散性好于Hydropalat1080。這是因為SN-5034為陰離子型聚羧酸鈉鹽,在水中電離出負電荷,與鐵紅表面電荷通過離子鍵牢固吸附,使顏料表面形成穩定的雙電層,利用電荷斥力作用穩定;同時聚合物長鏈伸展在水中形成空間位阻。Hydropalat1080為油酰基環氧烷烴嵌段共聚物,不發生電離,在顏料表面物理吸附,不具電荷斥力作用,只能依靠空間位阻效應穩定,且受聚合物濃度和活性吸附點的影響,較低濃度時分散效果不如陰離子型低皂類分散劑。3.2表面活性劑的配置有機顏料分子中大多含有疏水親油的非極性基團,惰性強,但其表面具有極化或可極化基團,可與同樣具有極化基團的高聚物分子依靠氫鍵、范德華力等作用發生錨固吸附,高聚物的親水基伸展在體系中構成有效的空間位阻作用酞菁藍顏料表面不電離,陰離子型分散劑很難吸附在表面。非離子型聚羧酸醚DispersantDIP,可依靠氫鍵力、范德華力作用在其表面吸附,因此對酞菁藍的分散具有一定的穩定作用,但作用較弱易脫附造成顏料絮凝。Hydropalat1080的聚合鏈段中的親油性酰基碳鏈,作為有機顏料的親和基團吸附于酞菁藍表面,嵌段共聚物上帶有的大量錨固吸附活性點在粒子表面強烈錨固吸附,嵌段共聚物相對分子質量較大,親水鏈段擴散在水中,在粒子周圍產生遠大于低聚皂類非離子分散劑的空間壁壘效應,有效地阻止其他粒子的靠近3.3潤濕分散劑用量的影響無樹脂水性色漿中顏料含量高,需要較多的分散劑才能有效地覆蓋在顏料的全部表面。潤濕分散劑用量一般由顏料的表面特性和比表面積大小來確定。水性色漿中分散劑用量可由丹尼爾流動點來粗略確定,進而測定色漿細度和貯存穩定性來確定最佳用量。以酞菁藍顏料為對象,潤濕分散劑(Hydropalat1080)的用量對色漿貯存穩定性的影響示于圖5由圖5看出,隨著潤濕分散劑用量增加,色漿細度變小,貯存穩定性變好,但超過丹尼爾流動點用量2.5倍后顏料返粗,貯存穩定性下降。酞菁藍表面活性吸附中心較多,需要較多的錨固吸附點才能達到飽和吸附,形成較厚的吸附穩定層,防止粒子之間的再次凝聚。聚合物濃度太低,顏料分散后,粒子表面形成的吸附層過薄,斥力不夠導致顏料粒子的親和絮凝,或粒子表面存在較多空余吸附中心,空余吸附處表面自由能大,引起粒子聚集,穩定性差。而當聚合物濃度過高時,活性吸附點過量,在競爭吸附過程中未能吸附在顏料表面的聚合物活性鏈節之間會發生相互作用,當這種作用大于聚合物與顏料表面的吸附作用時,表面活性劑脫離顏料表面造成粒子絮凝氧化鐵系顏料在陰離子分散劑作用下表面形成雙電層,當分散劑濃度較低,顏料表面雙電層結構不穩定,電荷斥力作用小,穩定性差;當分散劑濃度過高,電荷斥力作用受到過剩電荷影響而降低,大分子鏈段之間產生交聯絮凝,也會造成顆粒返粗,引起體系貯存穩定性下降。4低剪切狀態下黏度水性色漿以水為分散介質,黏度非常低。根據式(1)顏料粒子的沉降速度與體系黏度成反比,因此體系黏度也是影響粒子沉降速度的重要因素。可見,調節體系具有合適的黏度能提高水性色漿的貯存穩定性水性色漿中顏料含量高,為了保證貯存不分層,應使低剪切狀態下黏度較高。研究中發現,任何增稠劑單獨使用都很難達到長久的貯存穩定性,選擇2種增稠劑搭配使用效果比較理想具有較大粒徑和密度的氧化鐵系顏料色漿,通常還需加入一定量的觸變劑如無機凝膠,通過氫鍵建立三維結構,在色漿靜止時使水性變稠控制沉淀,提高貯存穩定性從表1看出,體系貯存穩定性隨著黏度的增大而增加,但當黏度增加到一定程度后體系穩定性降低,黏度對貯存穩定性的影響是兩面性的5原料制備工藝對色砂漿穩定性的影響5.1潤濕分散劑與表面活性劑的相互作用水性無樹脂色漿在制備時的原料加入順序,對色漿的穩定性也有很大的影響。制備過程應以各種助劑在水介質中發揮最大作用為基礎,并考慮各表面活性劑之間的相互作用,以及在顏料表面產生競爭吸附的強弱作用。水不能有效地潤濕顏料,先在水中加入潤濕分散劑混合均勻,待表面張力下降后再緩慢加入顏料,有利于顏料的潤濕。聚氨酯類增稠劑與潤濕分散劑之間存在競爭吸附,在顏料之后加入,顏料已與分散劑強烈錨固,穩定分散在體系中,降低了競爭吸附帶來的增稠劑用量變大但增稠效果不明顯的情況發生,保證體系在貯存過程中的穩定性5.2研磨時間的影響研磨是色漿生產的關鍵過程,細度是研磨階段控制的主要指標。研磨使色漿顏料的粒徑變小,細度變小,貯存穩定性提高。但當顏料粒徑減小到一定程度后,比表面積大,表面自由能變大,顏料粒子趨于絮凝以恢復低能態,會導致色漿細度變大從圖6可以看出,鐵黃和酞菁藍色漿隨著研磨時間的增加,細度先顯著變小后有所增大。二者的沉降體積分數都先增大后基本不變。增加研磨時間可以減小顏料粒子大小從而降低重力沉降速度,提高貯存穩定性,但研磨時間過長顏料粒子過細,布朗運動增加粒子間碰撞機會增多,表面自由能增大而趨于絮凝,反而會使貯存穩定性下降。因此,色漿細度并非越細越好,應控制在一定范圍之內6和基嵌段聚合物對色漿分散穩定性的影響(1)合適的顏料含量有助于提高水性色漿的貯存穩定性;(2)低皂類陰離子型高聚物潤濕分散劑對無機顏料的分散效果較好,具有顏料親和基的嵌段