分散剂在白色底漆体系的分散稳定性探讨

BMA004

李迭信许振阳    (广州电器科学研究院擎天油漆化工实业有限公司510300)          摘要：用沉降方法分析了白色底漆体系的分散稳定性，同时用流变学方法对该体系的分散稳定性进行进一步的评估。结果表明，添加适量zJ-211分散剂使白色底漆体系的分散稳定性变好。其流动行为趋近宾汉流体。
    关键词：分散剂；白色底漆；稳定性
    0前言
    白色底漆的分散稳定性对其生产、储存、应用及涂膜外观和性质都有很大的影响，颜料的分散稳定性将直接影响产品的质量。白色底漆的生产过程和配方设计都会影响其分散稳定性。其中，颜料颗粒的性质和用量、分散剂的种类和用量是影响其稳定性的重要因素。稳定性决定了成漆的粘度、流动性和长期贮存性，因此如何解决它的分散稳定性及浮色发花问题显得尤其重要。考虑到该体系是多种树脂和颜填料的复合体系，对分散剂的选择性极强，在了解了各种分散剂的性能后选用了以下几个分散剂设计方案作对比试验：ZJ-211；ZJ-212；ZJ-213。
    分析颜料分散的稳定性以及分散剂的效果，有效方法之一是流变学法。刘安华等人曾讨论了钛白、炭黑等颜料在甲苯、树脂等体系中的分散稳定性与流变性的关系。本文将利用流变学方法分析颜料的分散状态及添加分散剂对分散状态的影响。
    1实验部分
    1.1主要原料与实验仪器
    聚酯改性醇酸树脂，聚酯树脂，R930钛白粉，防锈颜料，流平剂，防沉剂，分散剂，无苯稀释剂。立式砂磨机，旋转式粘度计，刮板细度计。
    1．2实验方法
    1．2．1白色底漆色浆制备
    实验采用砂磨机作为分散设备，所以研磨色浆的组成按照丹尼尔的“砂磨机研磨漆浆组成区域坐标图”而确定，具体配比见表1。按配比量，先将树脂混合液、分散剂溶液和溶剂混合搅拌均匀后再加入颜填料，搅拌均匀并高速分散10min，移入砂磨机研磨，直到刮板细度计读数小于20μm。放出备用。各分散剂按同样方法进行试验。  

表 1 白色底漆色浆配比

1．2．2白色底漆的配制

    按配方量在各配方的底漆色浆中加入其它成分，高速搅拌均匀，备用。
    1．2．3沉降实验
    将各白色底漆试样分别取一定量用无苯稀释剂调至施工粘度(涂-4杯：19s)，再分别装入1．5mm×150mm试管，用玻璃纸封盖，静置于试管架中，每24h记录清液高度及分层现象。沉降的程度以相对沉降率K=h／H表示。式中H为装样高度，h为分层后的清液层高。
    从沉降实验得知：在分散剂体系含量均为1．75％且装样高度均为10cm时，zJ-211、ZJ-212、ZJ-213在24h的沉降高度分别为0．13cm，O．54cm，0．36cm。根据相对沉降率K=计算得知，分散剂zJ-211的相对沉降率最小。故选定分散剂ZJ-211进行进一步评估。
    1．2．4流变性测定
    用沉降法选定的分散剂zJ-211进行流变性测定。
    在室温下，借助NDJ-1型旋转式粘度计分析添加ZJ-211分散剂的各白色底漆分散体系的流动曲线。
    2结果与讨论
    2．1沉降法观察
    沉降法是分析分散体系中颜料粒子稳定性的最直接而简单的方法，只是对高粘度体系需要稀释才能有效观察。图1表明，不含分散剂体系，粒子沉降的程度明显高于含分散剂的体系。前者沉降粒子的堆积紧密，难以再分散；后者因粒子问分散剂的隔离作用，堆积疏松，易于再分散。沉降粒子间的相互作用最终将与重力建立平衡，所以图中各曲线开始变化大，以后渐趋平缓。

图 1 相对沉降率 K 与自然沉降时间的关系

    图2说明了分散剂添加量的最佳范围。可以认为，体系中分散剂浓度很低时，颜料粒子表面未被分散剂分子有效覆盖或吸附，粒子还可部分聚集而絮凝，故增加分散剂可增加对粒子的覆盖率，增强空间位阻效应，使絮凝程度降低。一旦颜料表面被完全覆盖，再增加分散剂时，过多的分散剂对沉降率的影响不大但却增大了生产成本。  

图 2 分散剂浓度对 240 h 沉降率的影响

2．2分散体系流变性     流变学方法是表征分散稳定性的间接方法，影响分散体系流变性质的因素较多。分散体系的流变性数据包含着多重信息。对白色底漆的分散体系，可借助于直接法的分析结果，建立流变性与分散稳定性的对立关系。对沉降法选定的分散剂zJ-211进行流动曲线的绘制，见图3。     将同一样品的沉降与流变性质比较分析，发现稳定性好的体系流动曲线在实验范围内趋近宾汉流体(图3曲线3)，而稳定性差的体系的流动曲线形成明显的触变环。     在白色底漆分散体系中，存在颜料与颜料、颜料与介质及介质与介质问的多种作用力。无分散剂存在时，粒子间的作用力较强，易于絮凝而沉降。要破坏这种絮凝结构，需施加一个大于某一临界值(通常称屈服值)的剪切应力。当剪切速率连续增加然后减少时，絮凝结构的破坏和重建均有滞后现象而形成触变环。添加适量分散剂后，分散剂分子阻止了颜料粒子间的絮凝，使颜料粒子形成了一种胶体结构。所以，剪切应力与剪切速率变化接近同步，不形成触变环。添加分散剂后仍有较小的屈服值，是由于分散剂的极性部分在颜料表面紧密吸附，非极性部分在介质中充分伸展，以至相互接触。要克服这种较弱的接触，也需一个剪切应力。在实际应用中，如贮存和流平等低剪切应力作用，这种弱接触对于防沉降和防流挂都是有益的。     分散剂除了可以阻止颜料返粗、保持分散体系稳定外，还能够引起分散体系剪切粘度的大幅度下降，这也是其分散力的实际体现。     3结语     试验证明，添加1．05％～1．4％ZJ-211分散剂的白色底漆体系流动行为趋近宾汉流体，该体系是分散稳定的体系，且具有较小的屈服值，有利于防贮存沉降和防流挂。     沉降方法是用于分散剂筛选最直接而简便的方法，流变学方法可以用于颜料分散状态的分析和分散剂的评估。

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