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新型钛白粉分散稳定剂的应用

发布日期:2014年11月27日

1、 前言

油漆是钛白粉最主要的用途之一,而在油漆配方中,钛白粉是最主要的,也是最贵的白色无机颜料,其在配方中的用量对油漆的成本影响非常明显。钛白粉在油漆中的主要功能是提供遮盖力、消色力和提供白色色相。如何在保证遮盖力和 着色力的前提下尽量少添加钛白粉就显得非常重要,而要达到这一目标,尽可能的提高钛白粉的分散性(包括润湿分散性和分散稳定性)就是最有效的手段和必选途径。要提高钛白粉的分散性,就要求钛白粉能分散在整个液体介质中(包括树脂和溶剂)。但是由于钛白粉表面被极性基团所覆盖,本质是亲水的,能被水所润湿,而不容易与非极性或极性较弱的树脂所润湿,因此钛白粉制造商一般需要对钛白粉表面进行有机处理。尽管钛白粉制造商经过有机包膜处理,使钛白粉的表面的亲油性有所提高,但是限于成本和生产工艺的限制,包膜的完整度是不够的,也就是说,钛白粉的油分散性是无法完全达到要求的。当钛白粉加入到树脂和溶剂中时,钛白粉难以被介质润湿或不能完全润湿时,就必须通过使用钛白粉分散剂,使之形成良好的分散。另外,油漆制造商在使用钛白粉时,一般是先把钛白粉制作成白色浆料,在油漆调配工序时再根据需要计量添加,钛白粉浆料在储存过程中容易因为钛白粉颗粒团聚变粗,在重力作用下发生沉降,导致使用时不方便添加,即使搅拌均匀再使用,生产出来的油漆在储存过程中也极易发生钛白粉沉降或浮色,因此在油漆的生产过程中我们还经常添加钛白粉防沉剂。其实在实际生产中,即使钛白粉润湿情况良好,为确保钛白粉能够快速分散和在储存过程中不发生沉降,我们在油漆的生产过程中也会使用钛白粉分散剂和防沉剂的。钛白粉分散剂通过影响钛白粉粒径分布(更均匀更窄)来提高分散性,钛白粉分散剂的添加还可以提高表面积(减少团聚体,降低粒径),可以进一步提高遮盖力。  

2、钛白粉油分散性的定义

    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。

    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。  

2.1、润湿分散性

   钛白粉的润湿分散性主要受分子间作用力,极性吸附,颗粒细度,颗粒形状,吸油量等因素影响。

分子间作用力:范德华力

极性吸附:极性基团(如羟基)所致

颗粒细度:粒径越小,分散性越好

颗粒形状:颗粒呈球形,有助于分散

吸油量:  吸油量低,有助于分散(体系黏度低,易润湿分散)。

2.2、分散性稳定性

   钛白粉的分散稳定性主要受钛白粉表面有机包膜剂与应用树脂之间的相容性所影响。要提高分散稳定性,良好的润湿分散性是前提。

相容性:相似相容或通过化学键链接,将钛白粉与树脂捆绑在一起。

3钛白粉的分散性对油漆性能的影响

3.1光泽

光泽度是衡量漆膜特性的一个指标,光泽越高,反射越强。对优质油漆的光泽来说,油漆中的固体颗粒不能大于5微米的,对于油墨,固体颗粒不能超过3微米。油漆中的大颗粒,要么是粉体没法有效分散所致,要么是絮凝所致,或者在配制过程中发生刺激起晶。钛白粉分散剂可减少由于絮凝而形成的大颗粒,改善光泽。

3.2透明性

  透明性也是漆膜的一个特性,透明性越高,越容易看到底层。遮盖力越高,对底层遮盖力越强。光在表面反射和通过的数量决定油漆的遮盖力或透明性。钛白粉种类及分散程度对此都有影响。

3.3、相容性

   相容性之所以重要,是因为良好的相容性可以使油漆制造商生产用于多种不同类别树脂产品的钛白粉浆料分散体系。钛白粉分散剂可以提高钛白粉浆料的浓度,这不仅可以提高生产效率,而且减少从研磨色浆直到最终产品中潜在的介质不相容性问题,因此特别是在使用高相容性树脂的条件下,钛白粉分散剂扩大了钛白粉色浆的使用范围,这对混合着色油漆生产是非常重要的。

3.4、流平性

   流平性是表征油漆在特定表面上的扩散能力。油漆表面缺陷通常由表面张力造成,而且发生相对较快。装饰油漆的刷痕通常也是由流平性不足造成的。理想的流平性能对油漆的施工非常重要。钛白粉引入油漆体系后,油漆体系的流平性就会受到很大的影响,这是因为钛白粉颗粒受化学键和物理相互作用影响,非常容易产生触变性和假塑性,导致流平性降低。

3.5、产量

  产量指一个工序生产的油漆数量。分散剂可以使钛白粉浆料浓度增加,可以提高油漆产量。适当添加钛白粉分散剂,可以降低粘度,增加研磨色浆的钛白粉含量,从而产量提高。在固定时间内,由于可以分散更多的钛白粉,这样用相同重量的研磨色浆就可以生产更多产品。明显加快分散速度也可以提高产量。产量提高则机器磨损减少,能耗降低,尤其是降低每公斤最终产品的劳动力成本和固定成本。

3.6、着色强度

  油漆着色强度表示色彩色相在应用表面的强烈程度。提高着色强度,油漆就会看起来更加明亮,对顾客更有吸引力。通过平衡相互对立的各种因素,可以创造最优的研磨条件,降低钛白粉的平均粒径可以提高着色强度。提高研磨色浆中钛白粉含量会增加粒子的相互碰撞,虽然了提高钛白粉的破碎率,但是同时也增加了浆料体系的粘度,降低了研磨的动能,使磨料小球或珠子对钛白粉的破碎能力下降,我们就必须通过分散剂来降低浆料体系的粘度。

3.7、挥发性有机物VOC

  VOC是挥发性有机物的缩写代号,是指体系中挥发到空气中的有机溶剂的含量。VOC越低,对空气的潜在污染越小,反之亦然。要降低VOC,就要求提高油漆的固含量,减少挥发性溶剂的使用。但是溶剂的减少,必然会导致油漆的粘度增加,流平性下降。

油漆的粘度是由溶剂、树脂和钛白粉共同决定的。普通的低固含量油漆,钛白粉对粘度的影响没有树脂溶剂的影响大。然而,高固含量油漆溶剂较少,树脂是低粘度的,这样一来,钛白粉的影响就非常明显了。钛白粉分散剂通过降低颗粒之间的相互吸引力,显著降低钛白粉对粘度的影响。所以,对高固含量油漆,加入分散剂将大大降低粘度,或者说,在粘度相同的条件下,将使用更少的溶剂。

4、新型钛白粉分散剂的使用

4.1、传统的钛白粉分散剂的缺陷

    传统的钛白粉分散剂属于表面活性剂之类,其主要作用是钛白粉分散剂中的亲水基团被吸附在钛白粉的粒子表面,产生离子间的排斥或空间阻碍效应,以防止粒子因布朗运动引起的相互接触而导致的结块或絮凝.

    目前在油漆中最常用的钛白粉分散剂是具有特殊结构的嵌段共聚物,具有比较优异的分散效果.典型的嵌段共聚物有AB型嵌段共聚物,其中A段含有多个极性基团,能与钛白粉粒子表面的化学基团结合;而B段为具有适宜分子量的低极性或无极性的钛白粉链,能溶于有机溶剂或油漆的基料介质中。但是这类物质虽然分散性不错,但是抗沉降性却较差,还必须额外添加防沉剂来防止钛白粉颗粒返粗。

4.2、新型钛白粉分散剂的优点

 我们采用有机硅材料作为钛白粉分散剂的主体材料,其主要成分为硅烷偶联剂和硅醚。硅醚的主要功能是降低表面张力,提高钛白粉的可润湿性和与树脂的相容性。硅烷偶联剂用于屏蔽钛白粉表面的极性基团,在钛白粉颗粒之间形成位阻官能团,防止颗粒返粗,提升钛白粉的抗沉降性能。这种新型钛白粉分散剂不但可以快速分散钛白粉,便于制作高浓度色浆,而且可以在不额外添加防沉剂的情况下,就防止色浆在储存过程中发生沉降,具有分散和防沉的双重功效。

4.3、新型钛白粉分散剂的应用试验

4.3.1、钛白粉浆料实验配方

我们以聚氨酯木器漆为应用体系,选用不同的钛白粉分散剂进行对比检测。

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

道奇威/徳谦/埃夫科纳

钛白粉R-258

着色剂、遮底剂

220

攀钢钛业

二甲苯

稀释剂

32

市售品

合计

 

400

 

 

4.3.2、钛白粉浆料制作工艺

将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)。

4.3.3、钛白粉浆料分散性能检测

钛白粉分散剂

浆料细度(微米)

浆料粘度

抗沉降性(30天后检查)

道奇威DS-201

22

650

无明显沉降

徳谦Disponer9250

20

750

明显沉降

埃夫科纳AFCONA-4016

25

780

明显沉降

从上述实验结果可以看出,三支分散剂的分散性能相当,属于一个档次,但是在钛白色浆配方中不额外添加防沉剂时,除使用道奇威DS-201分散稳定剂以外的浆料在长期储存时都发生了沉降。

4.3.4、新型钛白粉分散剂应用实验总结

DS-201钛白粉分散剂具有分散和防沉的双重功效,用于钛白粉的制浆过程时,可以显著减少钛白粉的分散时间,而且处理后的钛白粉在油漆体系中具有很好的触变性能,可以有效防止钛白粉在油漆的储存过程中发生沉降。

 

 

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