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学术论文--一种新型钛白粉分散剂的应用测试

发布日期:2013年6月17日

一种新型涂料用钛白粉分散剂的应用测试

成都港润化工有限公司 陈刚

道奇威(成都)科技有限公司 彭宗凯

1、前言

涂料行业是钛白粉的最大应用市场,占市场总消耗量的一半以上,如何保证钛白粉在涂料行业具有较好的应用性能而牢牢占领这一块主战场,将是所有大型钛白粉制造商在钛白行业立足的根基。钛白粉在涂料体系中的分散难易是涂料制造商选择钛白粉是首要指标。分散性包括分散时间长短和体系粘度的大小。分散时间短,可以提高生产效率和节约能源,浆料粘度小利于涂料成膜时的快速流平。

     钛白粉分散性是指钛白粉在应用的树脂体系中能够分散开来并稳定存在的能力。它包括润湿分散性和分散稳定性 。润湿分散性表征钛白粉在机械外力存在的情况下,能够在树脂体系中分散开来的难易程度,涂料行业一般通过两种方法来评价钛白粉的分散性能:一是设定磨浆时间来测试钛白浆料的刮板细度,细度越小表示润湿分散性越好;另外一种是设定钛白浆料的刮板细度来测试所需的磨浆时间,时间越短表示润湿分散性越好。分散稳定性表征钛白粉在无机械外力存在时,钛白粉在树脂体系中保持分散状态的难易程度,涂料行业通过将钛白浆料按一定比例稀释后静置,连续观察钛白颗粒的沉降和返粗程度,保持初始状态的时间越久表示分散稳定越好,一般需要连续观察30天以上。浆料粘度通过粘度计直接测量。  

我们发现,在钛白粉的实际使用过程中,钛白粉浆料的分散性和粘度除与钛白粉本身的表面处理有关外,还与涂料制造商所用的分散剂有很大关系,如果所用的分散剂质量好和添加比例高,即使钛白粉表面处理质量差一些,钛白粉的刮板细度和浆料粘度也不会太差。如果钛白粉有机包膜质量高,涂料制造商选择的分散剂又好,那么涂料生产时只需经过高搅机分散就可以达到很好的分散效果,从而省掉高耗能、高耗时的砂磨工序,这将大大节约涂料制造商的生产成本和提高生产效率,因此,免去砂磨工序将是涂料制造行业的一个趋势和追求目标。

另外,钛白粉的调色稳定性也是涂料客户的一个关注焦点,毕竟纯白色涂料所占比例并不大,我们的涂料大多为调色涂料,而钛白粉的调色稳定性除与钛白粉本身的表面处理质量有一定关系外,更多是由涂料制造商所用的分散剂的优劣所决定的。

在大宗涂料品种中,汽车涂料和家具涂料是相对高档的涂料品种,对钛白粉的品质也相对较高,涂料配方中钛白粉的比例较高,一般为5-20%。在涂料配方中,钛白粉的主要功能是遮底剂(遮盖力)和着色剂(消色力),除助剂外,钛白粉是最贵的原材料,加之所添加的比例又高,因此钛白粉的使用成本对涂料的生产成本影响非常大。钛白粉的使用成本主要由钛白粉最终的遮盖能力所决定,即遮盖力好,则钛白粉的添加比例就可适当降低,从而降低涂料总成本;如果遮盖力低,则钛白粉的添加比例就必须适当增加 ,从而导致涂料总成本增加。钛白粉在涂料中的遮盖力由两个因素决定:钛白粉本身质量和分散剂的质量。达到设计遮盖力效果所使用的钛白粉的成本(用量和单价决定)和分散剂的成本(用量和单价决定)的总和就是钛白粉的使用成本。市售的钛白粉品种繁多,质量参参不齐,价格波动又大,因此涂料制造商就把注意力主要放在分散剂的选择上。

道奇威十多年来一直专注于钛白粉生产环节的有机硅表面处理,以提高钛白粉在涂料使用过程中的分散性、存储稳定性和降低钛白粉浆料粘度。随着国内钛白粉产能的快速提升,客户对应用性能要求的提高和对钛白粉使用成本降低的渴望,开发一支与有机硅包膜剂配套的钛白粉分散剂就显得非常重要。道奇威经过近多年研制,最近推出年了一款低价高效的涂料用新型钛白粉分散剂—DS-201钛白粉分散剂。

2、新型钛白粉分散剂应用测试  

涂料行业使用的分散剂品种繁多,高端市场主要由进口品牌所控制,常见的品牌供应商有毕克化学、汽巴精化、德谦等。本次试验分别选择某德国公司和某美国公司的各一款分散剂做参照物, 我们主要测试分散剂的分散性、防浮色、防沉降性、降粘程度等指标。

2.1、试验配方

材料名称

功能

配比

供应商

合成脂肪酸树脂(80%

成膜物资

120

上海元邦树脂制造有限公司

醋酸丁酯

稀释剂

24

市售品

分散剂

分散助剂

4

 

钛白粉R-510

着色剂、遮底剂

220

锦州钛业有限公司

二甲苯

稀释剂

32

市售品

合计

 

400

 

2.2、钛白粉浆料制作过程

将用于钛白浆料分散的白铁罐子的重量称好记录(G1),然后将前三种材料加入后在分散机上于800/分钟搅拌均匀(约2分钟),再加入钛白粉,清理罐子周边的钛白粉,然后将转速调至2500/分钟,15分钟后加入二甲苯,在800/分钟搅拌约1分钟,称量此时的重量(G2);用G1+400-G2后的差为补充醋酸丁酯的量,再将其搅拌均匀即可(约30800/分钟)。测试浆料指标。

2.3、、实验记录

分散剂

浆料刮板细度

(微米)

浆料粘度(21)

防沉降性

防浮色性

DS-201分散剂

20

600

30天无沉降

7天后基本无变化

某德国分散剂

20

600

30天无沉降

7天后轻微泛白

某美国分散剂

20

650

30天无沉降

7天后较重泛白

备注:

Ø  沉降性测试方法:将实验中分散好后的浆料与稀释剂按1:1.2的比例开稀后静置,观察沉降时间,30天后都无沉降。

Ø  防浮色测试方法:在实验中分散好的浆料中加入少量蓝色色浆而制得蓝色钛白浆料,搅拌均匀后静置,连续观察1周以上,观察浆料表面的色相是否一致。 

2.4、实验结论:

    从实验结果来看,DS-201的分散性与进口对比品牌的分散效果相当,而且浆料粘度与德国产品相近,都比美国产品略好,但是从防浮色效果来看,DS-201分散剂最好。在实际生产中,对于调色涂料,涂料制造商会额外添加防浮色助剂来减少浮色现象出现的概率。如果使用DS-201分散剂作为钛白粉的分散剂 ,制作调色涂料时就可以不再添加防浮色助剂,这对工厂节约成本将非常有吸引力。

3.新型钛白粉分散剂的应用前景

3.1新型钛白粉分散剂的性能优势

与传统的分散剂相比,DS-201 钛白粉分散剂不但可以帮助钛白粉在树脂体系中快速分散,在配制调色涂料浆时还可以防止“浮色发花”,是一种专门为钛白粉在涂料体系中分散而定制的多功能的硅烷偶联剂复合物。这种新型的钛白粉高效分散助剂,不但可以显著减少钛白粉的分散时间,而且如果采用合适的分散剂添加比例和选用合适的钛白粉,还可以免去砂磨工序,即钛白粉只需要经过高搅机分散即可达到分散细度,从而大幅度提高涂料的生产效率。目前涂料市场所用的高端钛白粉分散剂价格范围大致为80/K G120/KG,而DS-201钛白粉分散剂的定价在60/KG左右,应该说这种新型的钛白粉分散剂具有很大的潜在市场竞争力。

3.2 新型钛白粉分散剂的使用示例

新型钛白粉分散剂的添加比例为0.5-2.0%(相对于无机粉体的重量),配合分散性能较好的杜邦R-706钛白粉,可以直接用高搅机就分散到10-15微米,从而免去砂磨工序。钛白粉浆料制作参考工艺如下:

参考配方:

合成脂肪酸树脂        300KG

    DS-201钛白粉分散剂   9KG

    钛白粉R-706          600KG

    醋酸丁酯1             31KG

醋酸丁酯2             60KG

总计:               1000KG

生产工艺:

1).在分散机内加入合成脂肪酸树脂300KG、分散剂(DS-201)9KG、钛白粉(R-706)

600KG,,用醋酸丁酯将抛洒的粉料清洗至分散罐中,高速(1200/)分散60-90分钟,

检查刮板细度至10-15微米;

2).再加入稀释剂(醋酸丁酯)60KG搅拌5-10分钟;

3).罐装后待用。

3.3 新型钛白粉分散剂在大生产中的使用反馈

成都港润化工有限公司是一家专业的木器涂料制造商,以前一直使用某美国公司的分散剂,从2011年底开始逐步使用DS-201钛白粉分散剂,经过近半年的市场检验,未有不良反馈。而从公司产品留样的长期防沉降性和防浮色性检验结果来看,性能均优于某美国公司的分散剂。成都港润化工有限公司计划在年内将公司所有配方中的钛白粉分散剂更换为性价比更优的新型钛白粉分散剂。

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