超细滑石粉的分散及其在水性涂料中的应用

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超细滑石粉的分散及其在水性涂料中的应用
张婧 1 , 钱建刚 1 , 田佩秋 2
(1. 北京航空航天大学材料学院 , 北京 100083; 2. 北
京利强技术开发有限公司 , 北京 101102)
摘 要 : 利用沉降试验测定了不同类型的高分子分散剂在水性介质中分散超细滑石粉的分散效果 ,
并将分散稳定的超细滑石粉悬浮液加入到苯丙乳液中制成了水性涂料。结果表明 : 分散剂 FSJ - 502 的分
散效果最好 ; 超细滑石粉加入后涂层的干性、回粘性、硬度和耐蚀性均有所提高。
关键词: 超细滑石粉 ; 水性涂料 ; 沉降试验
0 引 言
超细滑石粉是一种含水的镁硅酸盐矿物 , 组成为 3MgO · 4SiO 2 · H 2 O 。在超细滑石粉的晶格构造中 , 硅
氧四面体连结成层状结构 , 层与层之间以微弱的余键相吸而极易解裂 [ 1 ] , 同时它还具有较高的长径比。
目前 , 超细滑石粉已被广泛应用在涂料、造纸、塑料和化妆品等行业 [ 2 ] 。当应用在涂料中时 , 能赋予
涂料优异的可刷性、流平性、保光性 , 由此制得的涂层具有较好的耐冲击性和柔韧性 , 且硬度较高 , 同时
还能有效提高涂层的耐蚀性和干性 [ 3 ] 。随着人们环保意识的增强 , 水性涂料的发展速度逐渐加快 , 超
细滑石粉因其具有优异的性能也被应用于水性涂料中 , 但因具有天然疏水性 [ 4 ] , 使它在水性涂料中的分
散稳定性不好。为此 , 本文探讨了几种不同类型的高分子分散剂对超细滑石粉 (2 500 目 ) 悬浮液稳定性
的影响 , 并将其应用于水性涂料中。
1 实 验
1 . 1 滑石粉沉降试验
分别在 10 mL 量筒中配制 10 mL 含不同分散剂浓度的 2% 滑石粉悬浮液 , 超声分散 30 min 后静置 10
h, 记录沉淀层的厚度并计算其沉降率。分散剂的分散效果用沉降率来衡量 , 其值越小越好 [ 5 ] 。
1 . 2 分散剂 FSJ - 502 吸附等温线的测定
(1) 配制 0 . 1% 的 FSJ - 502 溶液 , 用紫外 - 可见分光光度计测定其吸收波长 ( λ ) ;
(2) 配制质量分数分别为 0 . 01% 、 0 . 04% 、 0 . 07% 、 0 . 1% 、 0 .3% 、 0 .5% 和 0. 7% 的 FSJ - 502
溶液 , 分别测定其在λ 处的吸光度值 , 做出标准曲线 ;
(3) 在 10 mL 量筒中分别配制 10 mL 含不同 FSJ - 502 量的 2% 滑石粉悬浮液 , 经超声分散、静置、离
心分离后取上层溶液测出其吸光度值 , 根据标准曲线得出 FSJ - 502 的平衡浓度 ( c e ) 。 FSJ - 502 的起
始浓度与 c e 的差值即为 FSJ - 502 在超细滑石粉上的吸附量 , 最后得到 FSJ - 502 的吸附等温线。
1 .3 涂层的制备
将超细滑石粉加入到以苯丙乳液作为主要成膜物质的水性涂料中 , 具体配制过程为 : 在 20 g 的苯丙乳液
( 固含量为 48 1 4% ) 中加入 10% 的成膜助剂 , 并在磁力搅拌机上搅拌使其混合均匀 ; 在 10 mL 去离
子水中分别加入 0. 2 g 、 0 .6 g 和 1 .0 g 的超细滑石粉 , 并加入 FSJ - 502, 超声分散 30 min; 将上述两
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部分混合 , 同时加入一定量的助剂 , 搅拌均匀即得到所制涂料。将制备好的涂料均匀喷涂在 A3 碳钢上,
涂层厚度控制在 (25 ± 3) μ m 。
2 结果与讨论
2 .1 不同类型分散剂对滑石粉分散的影响
分别在超细滑石粉悬浮液中加入分散剂 FSJ - 502 、 DA -01 、 5040 、 S - 100 后经沉降试验 , 得出其沉
降率。图 1 为不同分散剂用量对超细滑石粉悬浮液沉降率的影响。
图 1 分散剂用量对沉降率的影响
由图 1 可以看出 : 加入不同的分散剂后 , 超细滑石粉悬浮液的沉降率不同 , 其分散效果不同 , 具体结
果为 : S - 100 <5040 <DA - 01 < FSJ - 502 。当加入 DA - 01 、 5040 、 S - 100 时 , 沉降率随其加入量的
增加逐渐变小 , 分散效果逐渐变好 , 但当沉降率降到某一值后 , 继续加入分散剂 , 沉降率反而开始变
大 , 分散效果变差 ; 当加入 FSJ - 502 时 , 沉降率随其量的增加逐渐变小 , 达到一定值后 , 沉降率不再
变化 , 分散效果趋于稳定。这是因为 5040 和 DA - 01 均为阴离子型分散剂 , 加入到悬浮液中后 , 由于
超细滑石粉的疏水性 , 分散剂中的疏水基团吸附在超细滑石粉的表面 , 带负电的亲水基团伸向水中 , 增
加了超细滑石粉的亲水性 , 降低了颗粒间的疏水作用力 , 同时增加了颗粒间的静电排斥力 , 达到了良好
的分散效果 ; 随着分散剂量的增加 , 分散剂在超细滑石粉颗粒表面的吸附量逐渐增加 , 超细滑石粉的亲
水性增强 , 颗粒间的静电排斥力逐渐增大 , 分散效果逐渐变好 ; 当分散剂量加入到一定值时 , 吸附达到
饱和 , 此时分散效果最好 , 形成相对稳定的滑石粉悬浮液。但由于颗粒间的静电作用受离子浓度的影响较
大 [ 6 ] , 向静电稳定的超细滑石粉悬浮液中继续加入分散剂 , 颗粒间的静电斥力反而逐渐减弱 , 分散效
果变差 , 最终导致颗粒絮凝。 S -100 为非离子型分散剂 , 加入到悬浮液中后 , 可以使其高分子长链的疏
水端紧密吸附于颗粒表面 , 亲水端尽可能伸向水中 , 通过空间位阻效应 , 降低颗粒间的吸引力。在颗粒表
面达到饱和吸附之前 , 由于分散剂量较少 , 高分子长链所占的自由空间较大 , 在溶液中尽可能呈直链 ,
随其量的增加 , 颗粒表面的吸附量逐渐增加 , 产生的位阻效应逐渐增强 , 分散效果越来越好。当达到饱和
吸附后 , 分散效果最好 , 悬浮液相对较稳定。继续加入分散剂 , 高分子长链所占的自由空间减小 , 在溶液
中趋向于无规线团状 , 颗粒间的距离变小 , 吸引力增强 , 易引起团聚 , 导致悬浮液的稳定性下降。
2 .2 FSJ - 502 分散剂在滑石粉上的吸附等温线
为了更好地解释 FSJ - 502 用量对沉降率的影响 , 测定了 FSJ - 502 的吸附等温线。图 2 为 0.1% FSJ -
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502 溶液的紫外吸收光谱。
图 2 FSJ - 502 的紫外吸收光谱
由图 2 可看出 FSJ - 502 在波长为 300 ～ 340 nm 的范围内均有吸收 , 且吸光度较大。因此 , 选择320
nm 作为 FSJ - 502
的λ。在 320 nm 下 , 测得 FSJ - 502 的标准曲线和吸附等温线分别如图 3 、图 4 所示。
图 3 FSJ - 502 的标准曲线
由图 3 可以看出 , FSJ - 502 的质量分数与吸光度呈较好的线性关系。
由图 4 可以看出 , 随溶液 c e 的增大 , 吸附量迅速增大 , 当 c e 达到 0. 657 5 g /L 时 , 吸附量趋于饱
和。对照图 1 和图 4 可以看出 , 随 FSJ - 502 加入量的增加 , 吸附量逐渐增大 , 悬浮液的沉降率逐渐降
低 , 说明分散效果与分散剂在颗粒表面的吸附量有着直接的关系。这是因为 FSJ - 502 吸附在超细滑石粉
颗粒表面时 , 其高分子长链能在水性介质中充分伸展 , 形成几纳米至几十纳米厚的吸附层 , 产生的空间
位阻效应能有效阻止颗粒间的相互聚集 ; 当 FSJ - 502 的加入量达到一定值后 , 其在颗粒表面的吸附量趋
于饱和 , 悬浮液的沉降率也基本趋于稳定。这可能是因为对于此粒径的超细滑石粉 , 存在一个分散剂的最
佳相对分子质量 , 若相对分子质量过小 , 吸附能力较弱 , 反之则容易发生桥连或空位絮凝 [ 7 ] 。 FSJ -
502 的相对分子质量可能刚好处于最佳相对分子质量的范围内 , 所以随 FSJ- 502 加入量的增大 , 悬浮液
的分散稳定性仍较好。因此可确定要达到最佳分散效果所需加入 FSJ - 502 的最少量 , 即 FSJ - 502 的 c e
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达到 0.657 5 g /L 时 , 吸附量刚好达到饱和吸附 , 此时加入量最少 , 分散效果最好。
图 4 FSJ - 502 的吸附等温线
2. 3 滑石粉对涂层性能的影响
表 1 为超细滑石粉加入量对涂层性能的影响。
表 1 滑石粉对涂层性能的影响
由表 1 可以看出 , 随着超细滑石粉加量的增加 , 涂层的表干能力、回粘性、硬度和耐蚀性均得到了明
显提高 ; 当加入量较多时 , 涂层的透光率、附着力却有所下降 ; 涂层的柔韧性和耐冲击性几乎没有变化。
由于超细滑石粉的加入 , 涂料的固含量增加 , 涂层的表干能力、回粘性均得到了提高。滑石粉的莫氏硬度
为 1, 加入的滑石粉量越多 , 涂层的硬度就越高 , 而且超细滑石粉的片状结构既可以有效改善涂料的流平
性 , 减少涂层缺陷 , 又可以有效延长腐蚀介质的扩散路径 , 从而提高涂层的耐蚀性。但加入过多的超细滑
石粉 , 会导致涂层的遮盖力增加 , 透光率下降 , 同时由于滑石粉层间的结合力较弱易解裂 , 使得涂层的
附着力有所下降。超细滑石粉因其具有较高的长径比 , 可赋予涂层较高的耐冲击性和断裂韧性 , 故涂层的
柔韧性能和耐冲击性能稳定。
3 结 语
超细滑石粉悬浮液中加入不同分散剂后 , 分散效果为 FSJ- 502 > DA - 01 > 5040 > S - 100, 所以本试验的最
佳分散剂是 FSJ - 502, 并通过实验发现 , 随分散剂 FSJ - 502 量的增加分散效果逐渐变好 , 且当分散剂
FSJ - 502 的平衡浓度达到 0.657 5 g /L 时 , 达到最佳分散效果且趋于稳定。将分散稳定的超细滑石粉悬浮
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液加入到苯丙乳液中制成涂料 , 其涂层的干性、回粘性、硬度和耐蚀性均得到了较大程度的提高 , 且涂层
的柔韧性能和耐冲击性能稳定。

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太专业了，来学习学习，谢谢楼主给了这么多丰富的东西

风儿飘飘起

分散剂 FSJ - 502这是什么分散剂，从没见过