涂料顏料的分散和穩(wěn)定化原理及配方設(shè)計(jì)

1、涂料顏料的分散和穩(wěn)定化原理及配方設(shè)計(jì)沈浩清華大學(xué)(深圳)研究院深圳51805一、涂料的顏料研磨分散和穩(wěn)定化原理一、涂料的顏料研磨分散和穩(wěn)定化原理1.1.顏料在樹脂中的分散顏料在樹脂中的分散涂料是由樹脂、顏料、溶劑和助劑組成的，有顏料的涂料叫色漆。初看起來，只要將樹脂、顏料、溶劑等混合成均勻體系，將其涂布于工件表面上，形成一層均勻薄膜就可以了。但實(shí)際上要達(dá)到這一目的并非易事。在涂料體系中，相界面非常多，各組成間的相互作用十分復(fù)雜，這種體系

2、極不穩(wěn)定，容易發(fā)生分離現(xiàn)象。而色漆的生產(chǎn)就是要得到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的、分離現(xiàn)象被消除或大大延緩的液態(tài)體系。這種液態(tài)體系仍是非均相的，但看上去是均勻的，施工后的漆膜是均勻的，各部分的性能也是一致的。為此，色漆的生產(chǎn)必須通過有效的加工將顏料均勻地分散在樹脂中，形成以顏料為分散相，以樹脂為連續(xù)相的非均相分散體系。保證顏料始終處于良好的分散狀態(tài)，是色漆制造的首要問題，也是難點(diǎn)和涂料制造的精彩部分。2.2.顏料的分散過程顏料的分散過程顏料在樹脂中的分

3、散過程比較復(fù)雜，它至少要經(jīng)過三個(gè)過程，即潤濕過程、解聚過程和穩(wěn)定過程。這三個(gè)過程不是截然分開的，而是同時(shí)發(fā)生、交替進(jìn)行的。三者的關(guān)系是：潤濕是基礎(chǔ)，解聚是為了更充分地潤濕，而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)是最終目的。2.1顏料的潤濕過程顏料的潤濕過程顏料顆粒表面一般都吸附著一層空氣和水分，顆粒間的空隙也被空氣所填充。顏料分散的首要前提是用樹脂取代空氣和水分，并在顏料的表面上形成一種新的色覆膜。這種用樹脂取代空氣和水分并在顏料表面形成新的色覆膜的過程稱作潤

4、濕過程。不同的樹脂種類對(duì)顏料的潤濕不同，如醇酸樹脂的潤濕能力一般比丙烯酸樹脂好。顏料的種類不同，其被潤濕的能力也不同。在涂料中加入潤濕分散劑助劑，能大大改善顏料的潤濕。將漆漿靜置過夜(預(yù)浸泡)再進(jìn)行研磨，也有利于潤濕分散。2.2顏料的解聚過程顏料的解聚過程涂料廠購入的顏料均以其原級(jí)粒子、附聚體和聚集體的混合體存在。原級(jí)粒子是顏料制造過程中形成的單個(gè)晶體或締合晶體，粒徑是微細(xì)的附聚體是原級(jí)粒子間以邊和角相連接結(jié)合而成的結(jié)構(gòu)松散的大的顏料粒

5、子團(tuán)。聚集體是原級(jí)粒子間以多面相結(jié)合或晶面成長在一起的結(jié)構(gòu)緊密的大的顏料粒子團(tuán)。附聚體大多是顏料生產(chǎn)在干燥和隨后的干磨過程中形成的。聚集體是顏料生產(chǎn)的成熟化階段形成的。附聚體和聚集體合稱為顏粒的二次粒子。僅僅將顏料潤濕是不夠的，因?yàn)檫@種大粒徑而小表面積的粒子團(tuán)不能形成穩(wěn)定的分散狀態(tài)，必須施以外加機(jī)械力將這種大顆粒解聚，使其恢復(fù)或接近恢復(fù)到原級(jí)粒子的大小，以顆粒大表面積的形式暴露在漆料中，并使其所有暴露出來的表面都被樹脂潤濕。這種借助外加

6、機(jī)械力，將二次粒子恢復(fù)成或接近恢復(fù)成原級(jí)粒子的過程，叫解聚過程。顏料的解聚是色漆制造中主要的、消耗能量最大的工序，它需要借助外界機(jī)械力才能進(jìn)行，這種機(jī)械力由研磨分散設(shè)備提供，即通常所說的砂磨機(jī)、球磨機(jī)、三輥機(jī)和高速分散機(jī)等。研磨分散的效率將直接影響色漆生產(chǎn)線的單位時(shí)間產(chǎn)量和能量消耗。如何爭取在盡量短的時(shí)間內(nèi)消耗盡量少的能量和生產(chǎn)出盡量多而穩(wěn)定性好的研磨色漿，是色漆生產(chǎn)時(shí)對(duì)顏料解聚效果所追求的目標(biāo)。要提高研磨分散效率，通常需具備：(1)有

7、個(gè)經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的色漆標(biāo)準(zhǔn)配色，包括樹脂、顏料、適宜溶劑和潤濕分散劑的正確選用；(2)以合理的研磨漆漿組成(即樹脂、顏料和溶劑的適宜比例)進(jìn)行研磨漆漿的分散作用；(3)結(jié)合色漆品種選用高效的研磨分散設(shè)備，提供設(shè)備的最佳參數(shù)和科學(xué)的操作方法，如高色素炭黑用球磨機(jī)研磨的效率高于砂磨機(jī)；(4)確定合理的工藝操作規(guī)程，正確操作，科學(xué)管理。漆膜性能的突變測(cè)定CPVC值外，還可通過顏料的吸油量計(jì)算CPVC值。3.顏基比的概念及應(yīng)用顏基比的概念及應(yīng)用顏

8、填料的質(zhì)量與固體樹脂的質(zhì)量的比值叫顏基比，用PIB表示。P代表顏填料的質(zhì)量，代表固體樹脂的質(zhì)量。國內(nèi)在色漆配方設(shè)計(jì)中仍經(jīng)常采用PIB的方法，一是計(jì)算方便，另一是國內(nèi)在色漆實(shí)際生產(chǎn)過程中，原料仍以質(zhì)量為計(jì)量單位，而未能完全使用以體積為計(jì)量單位。運(yùn)用PIB計(jì)算配方比較方便，可根據(jù)色漆配方特點(diǎn)，先以PIB比值設(shè)計(jì)出一個(gè)配方，然后再通過試驗(yàn)調(diào)整配方(包括改變PIB值)，直至達(dá)到最佳的質(zhì)量指標(biāo)和施工要求。在分析配方的PVC值時(shí)，可運(yùn)用顏料和樹脂的

9、密度，將PIB換算成PVC值。在分析顏料和樹脂對(duì)漆膜性質(zhì)的影響時(shí)，仍須使用PVC和CPVC的概念，而用PIB不方便。4.4.涂料配方設(shè)計(jì)原則涂料配方設(shè)計(jì)原則4.1色漆配方設(shè)計(jì)色漆配方設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)色漆配方主要有以下幾個(gè)內(nèi)容。(1)樹脂的選擇：要根據(jù)色漆的用途選擇樹脂，一般交通欄桿和室內(nèi)門窗用色漆可選用醇酸樹脂作樹脂；汽車用高級(jí)面漆應(yīng)選用耐氣候樹脂，如高檔丙烯酸樹脂等。(2)顏料的選擇：應(yīng)根據(jù)色漆的顏色和耐候性、防銹能力等不同要求選擇顏料和填料

10、的種類。(3)確定產(chǎn)品的固體含量和PVC值或PIB值，這可確定配方的基本骨架，即一個(gè)配方中樹脂有多少、顏填料有多少等。(4)選擇溶劑和助劑。(5)各種原料配比的選擇：兩種或以上樹脂的配比，幾種溶劑的配比，顏料與填料的比例等。(6)反復(fù)做實(shí)驗(yàn)以得到合理的產(chǎn)品性能和最優(yōu)的成本。(7)制訂色漆的標(biāo)準(zhǔn)配方。(8)確定色漆的生產(chǎn)配方：這時(shí)需考慮顏料的研磨分散效率、操作程序及品質(zhì)控制點(diǎn)等。4.2有光、半光、無光漆配方的設(shè)計(jì)有光、半光、無光漆配方的設(shè)

11、計(jì)按漆膜光澤的不同，將面漆分為有光、半光和無光三種類型。對(duì)有光、半光、無光漆膜光澤值的具體范圍，目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各光涂料說法也不盡相同，溶劑型漆與乳膠漆的光澤劃分也不盡相同。在本文中，將光澤度計(jì)60。以下光澤小于5％的漆膜稱為無光，60。以下光澤20％30％的漆膜稱為半光，60。以下光澤大于30％的漆膜稱為有光。面漆光澤隨樹脂種類、顏料性能、PVC值的變化而變化，一般漆膜光澤隨PVC值增大而降低。有光漆應(yīng)選用遮蓋力強(qiáng)、分散性好的著色

12、顏料，其PVC值相對(duì)低一些，應(yīng)選用光澤高的樹脂。過去的半光漆和無光漆是以增大配方中填料的方法以增大PVC值，達(dá)到消光效果，現(xiàn)在已多用加消光助劑的方法來實(shí)現(xiàn)，使漆膜的綜合性能得到提高和改進(jìn)。在色漆的品種中，半光漆和無光漆的需求量越來越大，應(yīng)用范圍也越來越廣，特別是室內(nèi)裝飾因其給人以舒適感覺，符合現(xiàn)代潮流。半光漆和無光漆的質(zhì)量不但涉及樹脂和顏填料，更涉及消光材料的使用。為了消光，除增大PVC值外，現(xiàn)多采用消光劑消光。因使用消光劑能得到比加填

13、料更好的漆膜性能，如硬度、手感、抗劃傷性、耐磨性等。消光劑的品種很多，著名的有Grace公司的SYLOID牌號(hào)，如ED30、ED50、ED3、ED5、C970、C805等；Degussa公司的ACEMATT牌號(hào)，如OK500、OK520、OK607、HK400、TS100等。粒徑大的消光粉，其消光效率較高，但手感一般差些。如要求手感好，則多選擇粒徑小一些的消光粉。含蠟的消光粉的手感優(yōu)于不含蠟的消光粉，但消光效率會(huì)差一些。有的消光粉其自身