涂料的用途十分广泛,能赋予物品色彩和保护。颜料是涂料中的重要组成部分,它能起到着色和遮盖的作用。因此,越来越多的颜料被应用到涂料工业中,以赋予涂料更佳的色彩、质量和耐久度。大多数颜料不溶于所使用的介质,多以聚集体的形式存在于体系中。为得到较好的着色效果、遮盖力和色度等,需要将颜料分散。颜料分散效果较差时会导致涂料产生很多缺陷,如颜色偏移、浮色/发花、失色和沉淀等。因此颜料的分散是涂料工业的重要步骤。为了均匀地分散和稳定涂料中的有机及无机颜料,分散剂的使用就很有必要。分散剂能起到保证颜料色彩的强度、光泽和黏度稳定的作用,防止颜料粒子的沉淀,同时能降低颜料分散时的能耗和耗时。
现在我们对颜料的分散过程及稳定机理做一个简单的介绍。
一,分散过程
颜料的分散过程主要由润湿、分散、稳定3个步骤组成。
1. 润湿过程:颜料表面的空气和水气被树脂溶液所替换,固/气两相(颜料/空气)被转换成固/液两相(颜料/树脂溶液)。溶液表面张力低于粒子表面能时润湿才会发生。这个过程在水性和溶剂型体系中有明显的不同,溶剂型体系中润湿过程很容易达到,因为有机溶剂表面张力较低;而水具有较高的表面张力,需要特殊的添加剂来降低表面张力,从而使颜料充分润湿。分散剂尤其是低分子型的润湿分散剂能加快润湿的过程。
2. 分散过程:主要依靠机械能作用(冲击和剪切力),颜料的团聚态被打碎成较小的微粒,成为分散状态(均匀分布)。理想状态下,会有完全不絮凝的状态产生,其中所有的颜料粒子聚集体会被打碎成初级粒子。
3. 稳定过程:小粒子的生成导致固体粒子的表面积增加,液体与固体的界面张力就越大,因而使得界面面积降低的力就越强,也就是絮凝现象的产生。分散剂用于保持颜料分散状态的稳定,阻止失控的絮凝,并依据颜料表面所吸附的黏结剂种类和分子结构,促使悬浮液获得稳定状态。

二,分散剂的稳定机理
颜料发生絮凝,将会使涂料的性能明显下降,如增稠、流动性差、返粗、絮凝、光学和颜色性能发生改变等。这些是涂料工作者所不希望的,所以一定要保持颜料悬浮液的稳定。分散剂在颜料分散中的稳定作用主要有 2 种机理。
1.静电稳定
分散剂通过定位粒子吸附、静电吸附或特性吸附等方式吸附在颜料粒子表面,使其表面带有正电荷或负电荷,在靠近颜料粒子附近的溶液相中必然含有等量的反电荷离子,形成双电层结构。当 2 个微粒靠近时,电荷作用阻止其相互吸引。在这样厚厚的双电荷层的作用下,颜料微粒获得了稳定的状态。多磷酸盐及多元羧酸常作为高分子电解质使用。这种静电斥力在水性涂料中非常有效。

2.位阻稳定
分散剂通常由锚固基团和溶剂化链段组成,高分子型分散剂通过锚固基团吸附在颜料表面,溶剂化链段则伸展在树脂和溶剂中,从而形成一定厚度的溶剂化高分子链段的阻隔层,当颗粒吸附层互相靠近而压缩时,压缩区吸附物密度增加,自由度减少,这是个熵减过程,体系的趋势是阻止这种进程进一步发生。随着链段的混合,溶剂被排出粒子间,这也会导致溶剂浓度不均衡,渗透压同样会迫使溶剂返回微粒间以维持微粒的分离状态。这些过程的综合作用,就起到了位阻的效应。这种作用机理在水性和溶剂型体系中均有效。

位阻稳定作用的2个基本要求是锚定基团对颜料有足够强的吸附力,以及溶解化链段完全溶解在介质中。当高分子链段很好地溶解和适当地展开时,位阻稳定作用得到加强。若相容性不好,则高分子链段会折叠,使位阻效应丧失。

分享这篇文章,请选择: