概述

    水性納米色漿是通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)、精密的設(shè)備及合理的控制將普通顏料離子納米化或通過(guò)納米材料與普通顏料適當(dāng)復(fù)合達(dá)到水性化和漿料化，使其具有量子尺效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀粒子隧道相應(yīng)、介電限域效應(yīng)等納米離子的特殊效應(yīng)。納米超微粉碎技術(shù)用于水性色漿的制備，可使顏料分散體的粒徑變小，粒徑分布變窄，可改善色漿的著色強(qiáng)度、色光、抗紫外線(xiàn)、透明性、抗菌防霉及狀態(tài)穩(wěn)定性等，有些色漿還具有普通顏料無(wú)法比擬的分散性。例如氧化鐵紅的超微細(xì)化消除了由磁性吸引力而引起的絮凝現(xiàn)象，因而易分散，由優(yōu)良的抗絮凝性。

    目前色漿的生產(chǎn)大體可分為有樹(shù)脂和無(wú)樹(shù)脂二種體系。早期考慮色漿的貯存性能等因素， 工廠(chǎng)大多采用有樹(shù)脂體系生產(chǎn)。近年來(lái)隨著各種添加劑特別是超分散劑技術(shù)的發(fā)展，色漿的生產(chǎn)越來(lái)越多采用無(wú)樹(shù)脂體系。相對(duì)于有樹(shù)脂體系， 無(wú)樹(shù)脂體系色漿具有較多優(yōu)勢(shì)。首先通用性更強(qiáng)， 由于樹(shù)脂性能的局限， 有樹(shù)脂體系色漿在使用上受到一定局限， 有時(shí)甚至?xí)驗(yàn)榧嫒菪远鵁o(wú)法使用， 而無(wú)樹(shù)脂體系應(yīng)用更加廣泛， 適用于絕大多數(shù)涂料體系。其次， 無(wú)樹(shù)脂體系色漿通常濃度更高， 具有更好的性?xún)r(jià)比。另外在生產(chǎn)工藝上也更適合研磨工藝， 能制備濃度更高、細(xì)度更細(xì)的產(chǎn)品。

    分散劑的選擇

    顏料的分散是色漿生產(chǎn)的關(guān)鍵， 每種顏料都有相應(yīng)的HLB值， 選擇分散劑的關(guān)鍵是選擇與顏料HLB值相匹配的分散劑。由于顏料特別是有機(jī)顏料特殊的表面性能， 傳統(tǒng)的潤(rùn)濕分散劑對(duì)某些有機(jī)顏料的分散效果不是很理想甚至很差， 主要是由于分散劑分子中親水基團(tuán)對(duì)極性較低的顏料顆粒表面結(jié)合力不強(qiáng)， 容易脫離， 導(dǎo)致顏料粒子重新絮凝； 同時(shí)親油基團(tuán)不具備足夠的碳鏈長(zhǎng)度， 不能產(chǎn)生足夠的空間位阻效應(yīng)， 因此不能使顏料分散體系穩(wěn)定存在。這種情況下， 選擇超分散劑是比較有效的方法。超分散劑的分子結(jié)構(gòu)主要分為2個(gè)部分， 其中一部分為錨定基團(tuán)， 常見(jiàn)的有： - NR2、- NR3、- COOH、- COO- 和- SO3H等基團(tuán)。這些極性基團(tuán)通過(guò)離子鍵、氫鍵以及范德華力等作用能緊密吸附于顏料顆粒表面。同時(shí)另一部分為溶劑化鏈， 具有足夠的碳鏈長(zhǎng)度， 以產(chǎn)生有效的空間位阻。

    第一，溶劑化鏈段部分的重要性。DISUPER S19和DISUPER S29（核心化學(xué)超分散劑系列）引入了多嵌段結(jié)構(gòu)，使其在不同樹(shù)脂體系如：?jiǎn)谓M份PUD，雙組份PUD,苯丙、純丙、水性環(huán)氧以及水性聚酯中都有良好的相容性。當(dāng)溶劑化鏈段在體系中順利舒展時(shí)才能使納米粒子足夠穩(wěn)定的存在。這樣顏料的色彩也可以被展現(xiàn)到極限。第二、多種錨定基團(tuán)也很重要，對(duì)顏料吸附能力強(qiáng)，包裹性好，可有效防止浮色。與微米態(tài)時(shí)相比當(dāng)顏料處于納米態(tài)時(shí)，需要更強(qiáng)的錨定作用和很強(qiáng)的選擇性吸附，DISUPER 19和DISUPER 29采用了不同的錨定基團(tuán)，所以在納米狀態(tài)是，DISUPER S19對(duì)碳黑和酞氰類(lèi)顏料穩(wěn)定性較好；然而DISUPER S29 對(duì)有機(jī)紅和有機(jī)黃穩(wěn)定性較好。光澤也可以被提到很高，一般雙組份90度以上，單組份80度以上。

    實(shí)驗(yàn)部分

    色漿制備：

    根據(jù)以上配方，把配置好的半成品和研磨珠加入納米研磨機(jī)，研磨4h，然后過(guò)濾的色漿。測(cè)試細(xì)度粘度等性能。

    備注：分別用S19、S29、S19N（新版S19）、S29N（新版S29）、美國(guó)XXX171和XXXX4585對(duì)比分散國(guó)產(chǎn)特黑1號(hào)，R122紅、B15:3藍(lán)和Y155紅，分散劑：炭黑=1:1，其余分散劑：色粉=1:2

    結(jié)果與討論

    分散劑的選擇：

    從上表可以看出分散劑降粘都差不多，但是開(kāi)稀儲(chǔ)存后S19N和S29N最穩(wěn)定，粘度基本沒(méi)有上升。S19N和S29N的粒徑最低。

    各色漿分別用水性樹(shù)脂開(kāi)稀后刮板觀察色相，對(duì)比后得出如下結(jié)論。S19和S19N在分散黑色和酞青藍(lán)表現(xiàn)最佳，而S29和S29N則在分散有機(jī)紅、有機(jī)黃顏料中表現(xiàn)最優(yōu)異。美國(guó)XXX 171在各方面表現(xiàn)都比較適中，但含有APEO被淘汰，德國(guó)XXXX4585分散顏料著色力都比S19和S29差，比S19N和S29N更差些。

    分散劑的選擇是很重要的，其首要條件是使顏料被分散介質(zhì)潤(rùn)濕，是分散劑吸附在粒子表面，降低表面自由能。加入分散劑，能使顏料粒子充分潤(rùn)濕，進(jìn)而就易分散。所以在使用顏料作色漿時(shí)，最關(guān)鍵的是要加入一定量的分散劑逐步研磨，打破顏料締合的二次結(jié)構(gòu)，如果沒(méi)有分散劑的作用，將不會(huì)形成相對(duì)穩(wěn)定的色漿體系。

    其他助劑的選擇

    除了顏料和分散劑， 色漿中還包含其他成分， 如消泡劑、防沉劑、保濕劑和防腐劑等。消泡劑的選擇應(yīng)兼顧消泡性與相容性的平衡。色漿中消泡劑加量不能太大， 以能消除色漿中的氣泡為上限。因?yàn)樯珴{還會(huì)添加到涂料中， 在調(diào)配深色涂料中有可能因?yàn)樯珴{加量大而造成漆膜出現(xiàn)油縮等現(xiàn)象。顏料分散后， 由于顏料粒子較細(xì)， 比表面積大， 為降低表面自由能有重新聚結(jié)的趨勢(shì)。特別是一些氧化鐵系顏料相對(duì)密度較大， 長(zhǎng)時(shí)間貯存會(huì)緩慢地沉降， 甚至結(jié)成硬餅， 難以再分散。除了分散劑的影響， 防止顏料在色漆中沉降常用的辦法是添加流變助劑， 在低剪切速率狀態(tài)下建立觸變結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是疏松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)， 稍受剪切力就會(huì)破壞， 黏度變小。剪切力撤去， 又恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)， 黏度增加， 能使顏料顆粒懸浮而不沉降。常用的流變劑有有機(jī)膨潤(rùn)土類(lèi)、氣相二氧化硅、蓖麻油衍生物和聚乙烯蠟等。色漿在調(diào)色過(guò)程中， 需要經(jīng)常露置于空氣中， 這樣容易造成表面結(jié)皮。為改善這一現(xiàn)象， 可在色漿中添加保濕劑?？紤]到保濕效果和環(huán)保因素， 可選擇丙二醇等溶劑， 添加量一般在1%-5%。

    總之， 好的色漿應(yīng)做到不沉淀、不絮凝， 有盡可能高的顏料含量， 與涂料相容性好， 對(duì)耐久性無(wú)不良影響， 不會(huì)產(chǎn)生浮色、發(fā)花現(xiàn)象； 生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)， 重現(xiàn)性好， 批次穩(wěn)定。

    分散劑的影響

    水性色漿是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，隨著時(shí)間的推移，已分散的顏料初級(jí)粒子在范德華力、靜電力和空間位阻力的綜合作用下，會(huì)相互吸引逐漸形成聚集體或聚結(jié)體。根據(jù)stoke公式可知，顏料粒子的沉降速度與顏料粒徑的平方成正比，粒徑增大，沉降會(huì)加劇，穩(wěn)定性降低。使顏料粒子充分潤(rùn)濕并穩(wěn)定地分散在體系定； 有較好的流動(dòng)性， 便于使用， 環(huán)保性?xún)?yōu)異， 不會(huì)對(duì)健康造成危害。

    分散劑用量對(duì)色漿的分散穩(wěn)定性有重要的影響，用量過(guò)少，顏料的潤(rùn)濕和分散不夠充分，必然導(dǎo)致色漿的穩(wěn)定性降低；用量過(guò)多，過(guò)量的分散劑會(huì)在顏料粒子間“架橋”而重新導(dǎo)致絮凝，引起體系穩(wěn)定性的下降。超分散劑分子量都比較大，含有多種錨定基團(tuán)和溶劑化鏈段，相容性好，光澤高，但由于分子量太大，對(duì)顏料的潤(rùn)濕性會(huì)差，建議跟中小分子量的分散劑配合使用，提高潤(rùn)濕性。例如：DISUPER S21（核心化學(xué)通用品系列）與高分子量的DISUPER S19和S29配合使用，可以顯著提高顏料潤(rùn)濕性。添加了DISUPER S21后表征粘度也會(huì)同時(shí)降低；著色力和展色性都有顯著提高，特別是高溫?zé)醿?chǔ)的穩(wěn)定性被大幅提高！

    耐水性的改善。當(dāng)漆膜固化后由于分散劑的雙親性，會(huì)造成耐水性變差。這樣我們不得不引入憎水基團(tuán)，平衡好親水與憎水官能團(tuán)的數(shù)量變得尤為重要。當(dāng)親水性好時(shí)，展色性好；而憎水性好時(shí)，耐水性好。這只能取其最佳配比！DISUPER S19和DISUPER S29 特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其具有良好的穩(wěn)定性和展色性，還具有良好的耐水性。

    總結(jié)

    分散劑的選擇是通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的，并不是一蹴而就，運(yùn)用丹尼爾流動(dòng)點(diǎn)這一經(jīng)典理論來(lái)選擇分散劑具有一定的參考性。在水性納米無(wú)樹(shù)脂色漿生產(chǎn)中選擇高分子量的DISUPER S19和DISUPER S29，配合LP211（潤(rùn)濕劑）使用，可以最大限度地提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品性能和納米色漿的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。涂料配方是一個(gè)變量很多的的復(fù)雜體系，分散劑的傳統(tǒng)篩選方法存在偏差和不固定性在所難免?，F(xiàn)代科學(xué)的制漆手段和分散劑的應(yīng)用機(jī)理，還有大量的理論是實(shí)踐問(wèn)題有待進(jìn)行深入細(xì)微的試驗(yàn)研究工作。

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責(zé)任編輯：王元

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