炭黑分散剂作为炭黑涂料不可缺少的添加剂,其主要功能是降低液体与固体之间的界面张力,提高和改善固体或液体材料的分散性能。在涂料的色浆制备过程中加入分散剂,有助于在研磨过程中粉碎颜料颗粒,阻止颜料颗粒凝聚沉降,从而保持色浆体系的稳定性,影响涂料的使用性能。
对于乳胶涂料体系,每一种颜料和填料都需要一定数量的炭黑分散剂。对于给定的分散剂,系统将有一个稳定的有效浓度范围。该范围的最低点称为流动点,表示用水湿润的颜料或填料达到流动状态所需的分散剂浓度,即悬浮颜料填料所需的最低分散剂量。分散剂的用量通常以最佳分散剂浓度(ODC)来表示,即颜料所需的每单位质量的分散剂数量。随着单位体积颜料表面积增加,ODC也随之增大。
在涂料制备过程中,不溶于水的油性液体在高剪切力的搅拌下分散成小液滴。停止搅拌后,在界面张力的作用下快速分层,加入分散剂后搅拌,形成稳定的乳液浊度。炭黑分散剂用量较少,对分散效果不理想,粒径会变大,易沉降,使体系稳定;用量过多,会导致成本增加,分散剂溶解不良。那么在涂料中分散剂的加入量该如何确定呢?
一、炭黑分散剂的用量通常有以下几种方法:
1.Daniel流动点测定方法:
适用于溶剂型涂料,不适用于乳胶漆。将分散剂的水溶剂逐渐滴入一定量的颜料/颜料混合物中,用小刮刀仔细研磨,直到研磨后的颜料浆能从刮刀上流下,计算出颜料分散剂与颜料的比例。
2.加量曲线法:
将较厚的颜料分散剂溶液逐渐滴入一定量的颜料/颜料混合物制成的厚水浆中,每加一次测量粘度。作为颜料分散剂的用量-粘度曲线,最低点是分散剂的最佳用量。该方法适用于水浆本身,乳胶漆中常有分散剂不足,实际应用中必须多加(高至加倍)。
3.浓度/絮凝法:
用一定量的颜料/颜料混合物制成厚水浆,逐一加入颜料分散剂溶液,搅拌均匀,直至刮刀完全流出。将1ml离子增稠剂滴在衬有黑色背景的玻璃板上,再加上一滴分散的颜料浆。然后轻轻混合均匀。如果发生絮凝,在颜料浆中添加颜料分散剂,直到没有絮凝。根据颜料计算此时颜料分散剂的用量,称为C-A值(浓度-絮凝值)。
二、炭黑分散剂主要涉及那几种类型:
在分散设备(研磨机、分散机等设备)的外力作用很难得到稳定的炭黑分散体系,在停止外力作用时炭黑很容易聚集。因此,一般情况下,炭黑在分散设备作用的同时需要在分散体系中添加入适当的分散剂,使分散剂吸附到炭黑表面,从而达到炭黑改性和分散的要求。炭黑分散剂主要涉及到低分子分散剂(即表面活性剂)、高分子分散剂以及混合分散剂等这几个类型。
低分子分散剂(即表面活性剂)。在炭黑水性分散系统的制备中,表面活性剂在水性系统中炭黑表面的吸附性质具有相同的形状和特性,是长吸附平台的Langmuir型。
高分子分散剂。低分子分散剂因为空间阻力极弱,致使得分散体系较不稳定,鉴于高分子分散剂的空间体积较大(具有一定空间位阻),因此高分子分散剂已成了炭黑水性体系研究的方向之一。高分子分散剂吸附在炭黑表面的锚固端和伸向分散介质的溶剂化端是可以根据需要而自行搭配的,嵌段共聚物和接枝共聚物的分散效果优于均聚物和无规共聚物。
混合分散剂。分散剂间的混用也是炭黑水性分散体系研究的一个热点,主要是非离子、阴离子型。分散剂间的混用,低分子、高分子分散剂间的混用。炭黑水性分散系统采用分散剂直接分散炭黑制备,操作简单,条件要求低。关键是分散剂的选择。炭黑专用分散剂的合成一直是炭黑分散研究的重点之一。
三、炭黑分散剂不良导致的主要后果:
分散炭黑的目的是使炭黑在载体中处于胶体的分布状态,直接影响产品的色相、黑度和遮盖力。炭黑的分散性主要取决于三个因素:炭黑本身的特性、载体或分散介质的类型以及所用的分散装置类型。用炭黑着色时,如果炭黑分散不好,就会引起下列后果:
1.颜色强度不稳定;
2.色泽不好;
3.出现条纹;
4.挤出机的过滤筛网被堵塞;
5.在挤出加工吹朔薄膜时,未破碎的炭黑附聚物引起膜泡撕裂;
6.引起单丝和扁丝断裂;
7.由于制品表面的不均匀性引起的印刷问题;
8.产品机械强度降低(缺口效应);
9.由于颜色包覆不良而导致耐磨性下降。
由此可见,炭黑的分散在实际应用中非常重要。
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