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分散劑的選擇規律
一、分散主體樹脂的選擇
樹脂,尤其是研磨用樹脂,在制備色漿時起著關鍵的作用,主體樹脂的作用如下:
(1)可以對顏料進行分散和錨定
(2)穩定已經分散隔離的顏料粒子
主體樹脂的上述作用,大家都可以通過一些實驗看到,例如長油醇酸樹脂、聚酰胺樹脂、氨基樹脂、醛酮樹脂、低分子量羥基丙烯酸樹脂,都表現出對顏料很好的潤濕能力,而低羥值丙烯酸樹脂、熱塑性丙烯酸樹脂、高分子量聚酯樹脂,高分子量飽和聚酯樹脂,乙烯基共聚樹脂、聚烯烴樹脂等對顏料均表現出較差的潤濕性。同樣的顏料,在不同的樹脂體系得到的色相也不同。幾乎所有的炭黑、有機顏料、透明氧化鐵都隨著不同樹脂體系改變著自身色相,尤其是散射色相。因此,在確定的主體樹脂體系中、選擇合適的分散劑,不僅用來分散和穩定顏料,而且用來調整顏料最終達成我們需要的正確顏色,例如黑度、透明度、45°下的色光等。因此,分散劑與樹脂的合理搭配,包括:
①相容性(取樣檢測,去除溶劑后檢查相容性)
②分散劑在該樹脂體系對確定顏料的降黏行為(旋轉黏度計檢測)
③分散劑在該樹脂體系對確定顏料的展色行為(刮涂比色)
④貯存穩定性(流板法)
當樹脂體系發生變動時,分散劑的上述性能表現都會發生相應的變動。這種變動就需要應用測試來確定。
一般地,不容易總結一個簡單的應用原則。對于樹脂體系加上顏料因素,分散劑的選擇就變得參數太多。因此不僅需要考慮主體樹脂與分散劑的搭配,還必須同時考慮顏填料的性質。
 
二、針對顏料填料的選擇
● 炭黑和有機顏料
如前文所述,工業用顏料門類和品種繁多。顏料行業把它們分為有機顏料和無機顏料。而涂料行業常把透明氧化鐵、炭黑當作難分散顏料與有機顏料一同考慮。
我們把難分散顏料進行了進一步的區分,區分原則是看其氫鍵的強度。
在實驗中,我們明確地看見這樣的分散結果:
在固定的樹脂體系中,如果一個分散劑能對炭黑有很好的表現,那么它常常同時能穩定酞菁系顏料,而且,必然表現出對DPP紅等其他有機顏料表現出弱的分散性能。反過來,如果一個分散劑能很好地分散穩定DPP紅、有機紫等顏料,通常用它來分散炭黑得到不喜歡的棕紅色相,對酞菁系顏料的降黏能力也不足。此類現象幾乎在所有分散樹脂中,對所有分散劑適用。極少有分散劑能同時對上述兩大類難分散顏料都表現出極其好的性能?偸沁@這一類很好,而另一類略差。
主要原因是,顏料自身的氫鍵結構的數量及強弱。
炭黑、酞菁藍等顏料,其最主要的顏料之間的相互作用力并非氫鍵占主導,而是其它作用力,例如炭黑層狀分子之間的偶合作用,酞菁結構的偶合作用、鹵素的作用。而它們的表面處理中帶有的極性基團相對于顏料自身的結構有獨立性。
以DPP為代表的有機紅、永固紫類顏料,其顏料自身設計中帶有很強的氫鍵,這個氫鍵作用提高了顏料的性能, 也直接影響了分散劑對顏料的作用,其界面的極性基團參與了顏料自身的氫鍵作用。這一點經過顏料化后期處理之后確鑿無疑。
據此,單用一個結構的分散劑不容易同時在兩大類不同內在作用的顏料中同時拿到最佳效果。根據這個理論,我們也能夠通過顏料結構判斷它應該隸屬于哪一邊。例如異吲哚啉酮類顏料應該屬于炭黑-酞菁系類別。而甲苯胺紅應該傾向于后者。
在實際的分散劑選擇中,對于第一類難以分散的顏料,在容易相容的樹脂體系中有最好的結果。然而如果樹脂相容性不好,例如熱塑性丙烯酸,則需要改用新型的聚丙烯酸酯型分散劑。對于第二類強氫鍵的顏料類別,高極性的PU,聚酯,聚丙烯酸酯,都能有很好的效果。只是在相容性不好的體系,高極性的PU和聚酯就受到限制。這時要改用改性的聚丙烯酸酯分散劑。
● 炭黑的黑度
炭黑的黑度是研討分散劑時一個極其重要的課題,也是最經常被討論的。
至今的實踐表明,儀器的檢測不及目測準確;不同的光線下,黑度有變化;不同的角度下,黑度也有變化;不同的分散劑會選擇不同的炭黑給出不一樣的黑度;黑度高的炭黑色母不一定著色力也提高。
這一切都是容易解釋的。因為炭黑的透明片狀結構+炭黑的吸收光的能力。其透明片狀結構在<1μm的粒徑下的片徑,以及排布取向,必然會導致光線的透射,反射,折射,散射。而這些衍生的色光會被碳黑有條件地吸收一部分,另一部分會繼續它的行程。這是個復雜而充滿變數的疊加效應。所以,百分之百的黑是沒有的,就是沒有最黑,只有相比對后的更黑。
● 鈦白
起初,所有人都認為鈦白非常容易分散,以至于用不用分散劑都可以。然而在與其他難分散顏料復配時,鈦白會參與浮色;在制備高級別純白時,鈦白會出現霧影;在特殊要求的制品上,鈦白需要極好的遮蓋和白度,而且不允許在高溫下泛黃; 很多普通工業場合不愿意采用昂貴的高級別鈦白, 甚至采用鈦白代用顏料; 上述問題引起了助劑行業對鈦白分散的重視。
● 透明氧化鐵
透明氧化鐵的粒徑在納米水平,它的表面具有兩性,它在低顏料濃度時,似乎很容易分散,色漿黏度很低,但是透明度確不容易拿到最好;而一旦略為超過臨界的顏料濃度,色漿立即變稠至無法攪動,導致砂磨機喪失效率。
氧化鐵的透明度,有些像炭黑的黑度,似乎總是可以繼續提高其透明度。我們的實驗結果表明,一個我們已經認為透明度不錯的樣片,在45°觀察,可能仍然有較重的霧影;
那么,究竟用什么最好?這個問題又是一個捉摸不定的疑惑。
各助劑公司同樣在給出自己的方案。這一點從公開的推薦資料中就可以看見。
加上樹脂系統的不同導致的選擇性,推薦的方案就不止一種了。
● 消光粉
消光粉其實本身不難分散。它是在生產的時候就預先微粉化了的。有的有表面的蠟處理,有的沒有,帶有極性的羥基。然而,消光粉的分散問題來源于應用要求。
有的要求亞光的涂料能用一個配方適應多種施工方法,例如噴刷要光澤一致;
有的要求在高溫高濕的環境下,消光均勻性不受影響;
有的要求低黏度條件下,消光粉有最小的沉降;
有的要求有最高的透明度;
有的要求有極好的耐摩擦性質,而引入硬質石英粉,因此需要一同作分散處理等等。
這導致了分散劑的隨之變化。從傳統潤濕分散劑,到專用的高分子PU分散劑,到磷酸酯,到磷酸酯的胺鹽,到其它特殊聚合物,都有被用來分散消光粉的。那么究竟哪個最好?如前所述,那要看你怎么要求了。不能指望一個分散劑同時解決上面全部的要求。
原理上,潤濕劑能提高最終體系的流動能力;高相對分子質量分散劑則能防止沉降并控制消光粉在濕膜的運動而更容易定向,得到均勻的消光。
● 鋁粉和珠光粉等金屬閃光顏料
常用的解決方案是潤濕劑。
也可以用與樹脂相容的高分子分散劑來分散它們。同時控制它們的運動。這些都有成功配方的實例。
● 納米級二氧化鈦和其他納米分散體
在這個場合,高分子PU若能相容,能得到最好的穩定效果。否則就要求采用丙烯酸系的分散劑了。
● 確定一個主分散劑
一般地在一個確定的樹脂和溶劑系統,MANTOS推薦采用這樣的方法篩選合適的主分散劑:
首先,分散高色素炭黑,鈦白,DPP紅,普通氧化鐵紅四種顏料。
①評估該分散劑對這四種常規色母的制備有無困難,例如降黏行為是否足夠。
②評估展色強度。
③評估貯存穩定性(流板及熱儲存)。
若一個分散劑能在這個特定系統里,對上述四種顏料表現出好的分散能力,那么它基本能勝任各種其它顏料的要求。即可被選擇作為這個系統的主分散劑。當然,特殊的顏料如透明氧化鐵顏料,仍然可能例外。
這個方法也可以用來評估兩個不同的分散劑的綜合表現,找到適合它來處理的顏料類型。

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