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用于分散有机颜料和炭黑的润湿分散剂的选择
来源: | 作者:pmtce820c | 发布时间: 2020-09-18 | 63 次浏览 | 分享到:
总结了用于分散有机颜料和炭黑的润湿分散剂的选择方法,介绍了润湿分散剂的类别,重点介绍了可应用于分散上述颜料的新型润湿分散剂,即以可控聚合方法(CPT)所合成的高分子聚合物润湿分散剂。同时介绍了专用于有机颜料和炭黑的一种特殊形态的分散助剂即颜料分散增效剂。最后阐述了涂料配方开发实验室常用的各种评价方法,包括对颜料浆的评价和对最终涂料及涂膜性能的评价方法。
总结了用于分散有机颜料和炭黑的润湿分散剂的选择方法,介绍了润湿分散剂的类别,重点介绍了可应用于分散上述颜料的新型润湿分散剂,即以可控聚合方法(CPT)所合成的高分子聚合物润湿分散剂。同时介绍了专用于有机颜料和炭黑的一种特殊形态的分散助剂即颜料分散增效剂。最后阐述了涂料配方开发实验室常用的各种评价方法,包括对颜料浆的评价和对最终涂料及涂膜性能的评价方法。

有机颜料具有鲜艳的色彩、明亮的色调、较低的毒性等特性,在涂料行业得到了越来越广泛的应用。尤其是高性能有机颜料的出现,使各种高性能涂料成为可能。
炭黑具有优异的耐光、耐化学品、耐高温等性能.应用领域非常广泛,包括涂料、油墨、塑料、密封胶等多种行业。尽管炭黑的色相变化不如其他颜料丰富,但在美学应用上却占据着其他颜色不可取代的地位。
相对于无机颜料,有机颜料具有粒径小、比表面大、极性低的特点:而炭黑尽管从化学的角度来看属于无机物,但从涂料工业的角度出发,它却与有机颜料的使用性能极为相近,因而这2类颜料通常可以使用相同的分散助剂。与其他无机颜料相比,这2类颜料难以分散,因此,必须在选择润湿分散剂时仔细分析。全面考虑,并进行实验室的反复筛选,才能设计出最佳的分散和涂料配方,从而获得涂料最理想的效果。

1 润湿分散剂的选择
1.1 有机颜料和炭黑颜料的特点
无机颜料大多为金属氧化物,有机颜料可以分为偶氮与多环两大类。偶氮类包括单偶氮、双偶氮、特殊偶氮和金属络合物等,多环类包括喹吖啶酮、花系、吡咯并吡咯二酮、咔唑、酞菁、喹酞酮、异吲哚啉酮等种类。无机颜料与有机颜料最大的区别在于颜料的表面极性的差异。无机颜料极性较高,而有机颜料的成分中以碳氢元素为主,因而极性较低。一般而言,有机颜料具有比无机颜料小得多的粒径以及大得多的比表面,但也有一些有机颜料具有与无机颜料相似的较大的粒径和较小的比表面。

有些种类的炭黑具有与透明有机颜料相近的粒径(50~100 nr1]),但也有一些炭黑的粒径可以低至十几纳米,远小于很多有机颜料。不同粒径的炭黑颗粒具有不同大小的比表面.从而形成了高色素炭黑、中色素炭黑、普通色素炭黑及低色素炭黑等一系列产品。这一系列不同粒径大小的炭黑,不但所需的分散剂的用量随比表面的不同而不同,而且还可能需要使用不同的分散剂品种才能达到理想的分散状态。炭黑的另一个特点是,许多品种具有相当低的pH(2.5~ 4.5),它对分散剂的选择也有着很大的影响。另外,由于大多水性树脂体系偏碱性,因此在水性体系中必须关注炭黑色浆的pH,通常在将它们添加到树脂体系中之前。需要先将pH调节到与配漆树脂体系相近的范围.

使用高相对分子质量润湿分散剂分散有机颜料与炭黑
按照相对分子质量的大小,分散剂可以分为高相对分子质量和低相对分子质量两大类[2]。为使分散剂有效.其在颜料表面的吸附能力非常重要,这个过程与颜料的表面性质密切相关。无机颜料具有离子型的结构,较高的表面极性,因而分散剂的吸附比较容易。而有机颜料和炭黑是由非极性分子所组成的结晶,在非极性表面低相对分子质量分散剂难以吸附于其表面,从而使得这类分散剂对有机颜料及炭黑的解絮凝和稳定化作用不够,这一问题直至高相对分子质量聚合物型润湿分散剂的出现才得以解决。
与低相对分子质量分散剂相比,高相对分子质量分散剂的特点在于因其相对分子质量大得多而具有了树脂的特性。尤其是这类分散剂分子结构中具有大量的颜料亲和基团,因此可以在有机颜料上形成牢固而持久的吸附层;另一方面,在聚合物相容链段与体系相容性良好的情况下,溶剂化的聚合物链段的空间屏蔽作用能稳定颜料的分散。因此与其他分散剂产品一样,只有当它与周围的树脂溶液相容性良好,聚合物链段能够充分舒展时.才有可能获得对颜料最佳的稳定化作用。如果相容性不好,聚合物链段将发生萎缩,失去空间屏蔽及由之产生的稳定作用。

有机颜料种类繁多,有偶氮类、酞菁类、杂环与稠环酮类等,高分子聚合物分散剂分子结构中不但含有大量的颜料亲和基团.而且这些颜料亲和基团还可以设计成多种不同种类,从而使高分子类润湿分散剂能够应用于各种不同类型的有机颜料,具有通用性,这
样就为涂料的生产过程提供了极大的方便。一般在同一个涂料体系中,只需一种润湿分散剂就可以分散几乎所有种类的有机颜料和炭黑,甚至还可以涵盖无机颜填料
1.3 相对分子质量与分散性能及相容性的关系
聚合物类型的润湿分散剂的相对分子质量必须处在一个合理的范围之内,如果相对分子质量太低,其性能就比较类似于表面活性剂,对颜料分散的稳定性较差。但相对分子质量太高,使得黏度过高,长链相互缠绕,不利于颜料的分散。
众所周知,分散剂有2个基本组成部分,即颜料亲和基团和体系相容链段。因此,相对分子质量的升高就使得颜料亲和部分的链段和/或体系相容链段更长.前者通常意味着更多的颜料亲和基团,因而对颜料颗粒的吸附更为牢固和持久:后者在相容良好的体系中充分伸展开来后.就能在颜料颗粒表面形成一个聚合物保护层,而这个保护层的厚度就近似于分散剂中相容链段的长度。因此,在合理的相对分子质量范围内,有一个常见的现象是,分散剂对有机颜料和炭黑的分散稳定性随相对分子质量的升高而提高,其可能带来的问题则是分散剂与分散体系的相容性会随着相对分子质量的升高而降低。
根据Flory和

摘自:《涂料工业》潘 勇 (毕克助剂(上海)有限公司,上海200231)