確定顏料和填料的最佳分散劑用量
如何確定顏料和填料的最佳分散劑用量
配方設(shè)計(jì)師可以使用多種不同的分散劑化學(xué)成分，有些分散劑在水性或非水性體系中分散特定顏料的效果要比其他分散劑好得多，由于完全覆蓋顏料或填料表面所需的分散劑用量各不相同，本文將介紹如何優(yōu)化合適分散劑的用量。這取決于所選用的特定分散劑，以及表面積、表面能、吸收動(dòng)力學(xué)和其他配方特性的變化。完全覆蓋主顆粒表面至關(guān)重要，因?yàn)檫@將優(yōu)化顏料的穩(wěn)定性和性能。
在水性顏料漿中，分散劑的最佳用量比較容易確定，它依賴于當(dāng)顏料表面完全被覆蓋時(shí)粘度達(dá)到最低這一事實(shí)。常用的測(cè)試方法如下：
方法A - 所需分散劑的近似測(cè)量方法
1、制備顏料漿--顏料含量要足夠高，以便在沒有分散劑的情況下混合后得到漿狀顏料。通常情況下，有機(jī)顏料的添加量為30wt.%，無機(jī)顏料的添加量為55wt.%。
使用溶解劑（或同類分散劑）的分散時(shí)間約為30分鐘。
2、添加分散劑和測(cè)定粘度 - 將分散劑分次加入攪拌好的顏料漿中，添加和混合后，使用Brookfield粘度計(jì)或錐板系統(tǒng)在低剪切速率下測(cè)量粘度。
然后加入分散劑，直至粘度達(dá)到最小值，由此可觀察到兩條典型的粘度曲線（圖1）。曲線1是典型的無機(jī)顏料傳統(tǒng)潤(rùn)濕劑和分散劑，如聚磷酸鹽和聚羧酸。曲線2通常出現(xiàn)在其他類型的聚合物分散劑中。
圖1. 在顏料漿中加入聚合物分散劑后，粘度會(huì)降到最低，不同類型的分散劑會(huì)產(chǎn)生不同的曲線，最佳分散劑用量是達(dá)到粘度最小值的點(diǎn)。
一般來說，這種實(shí)驗(yàn)方法確定的分散劑用量太少。這是因?yàn)?/div>
- 由于分散過程中添加的分散劑量太少，因此無法達(dá)到最佳研磨度。
- 停止分散后立即開始重新聚集，沒有足夠的分散劑來穩(wěn)定顏料顆粒，即在停止分散和測(cè)量粘度之間會(huì)發(fā)生變化。
如果將操作步驟改為以下方法，就可以證明這一點(diǎn)：
方法B - 確定穩(wěn)定顏料漿所需的最佳分散劑用量
1、用玻璃球在振蕩混合器中分散顏料漿。
2、加入分散劑，直至達(dá)到最低粘度，繼續(xù)分散約10分鐘。在許多情況下，粘度會(huì)再次上升，因此需要向漿料中添加更多的分散劑，該過程一直持續(xù)到粘度明顯降低為止。
對(duì)于聚合物分散劑而言，粘度降低曲線如圖2所示。
圖 2. 當(dāng)分散劑不足時(shí)，在去除剪切力后會(huì)立即開始團(tuán)聚，使用方法B（而不是方法A）將有助于您確定所需的正確分散劑添加量。
圖 2. 當(dāng)分散劑不足時(shí)，在去除剪切力后會(huì)立即開始團(tuán)聚，使用方法B（而不是方法A）將有助于您確定所需的正確分散劑添加量。
每次添加分散劑后，粘度值都會(huì)降至最低，但分散時(shí)間延長(zhǎng)后，粘度值又會(huì)回升，可逐步降低粘度，直至觀察到粘度不再增加。通過此方法獲得的分散劑用量并不代表所獲得的粒度、防止再聚集的穩(wěn)定性以及顏料表面吸附分散劑的穩(wěn)定性。
測(cè)試分散體的質(zhì)量
有許多測(cè)試方法可用于確定分散體質(zhì)量的不同方面。在下面的方法中，我們將介紹如何制備待測(cè)試的分散體：
1、確定分散劑需求量，按照上述方法B計(jì)算所需分散劑的準(zhǔn)確用量。
2、制備顏料漿，使用正確量的分散劑制備顏料漿。此外在配制色漿時(shí)，分散劑的用量要比最佳用量少10%和多10%，這有助于證實(shí)最佳用量是根據(jù)方法B確定的。
分散在搖動(dòng)混合器或砂磨機(jī)上進(jìn)行，比較樣品時(shí)應(yīng)始終使用相同的設(shè)備和步驟。顏料膏與玻璃球的比例=1:1.5。分散時(shí)間=40-60 分鐘。加入較高濃度的持久性消泡劑（0.5-1.0%），可確保氣泡不會(huì)干擾后續(xù)測(cè)量。（表1）列出了漿料成分，注意某些類型的分散劑可能需要調(diào)整PH值。
| 有機(jī)顏料 | 無機(jī)顏料 | 炭黑 | |
| 顏料 | 30-40% | 55-60% | 10-20% |
| 分散劑 | 在方法 B 中確定的值 | ||
| 消泡劑 | 1.0% | 0.5% | 1.0% |
| 水 | 100% | ||
表1. 為隨后的分散質(zhì)量測(cè)試而配制的顏料漿的成分。
研磨后，用制備好的錫膏對(duì)透明漆進(jìn)行著色，然后涂在干凈的玻璃板上，顏料與粘合劑固體的比例如下：
- 無機(jī)顏料 = 20-30%。
- 有機(jī)顏料 = 10-15%。
- 炭黑 = 5-10%。
3、分散體的評(píng)估，（表2）中的下列測(cè)試方法可用于確定和比較分散劑和分散體的質(zhì)量。
| 測(cè)試方法 | 它能反映什么 |
| 光澤和霧度 | 研磨度 |
| 色點(diǎn)、著色力 | 研磨程度，分散劑和顏料的化學(xué)反應(yīng)最終導(dǎo)致的顏色變化，初級(jí)粒徑或結(jié)構(gòu)的變化 |
| 擦除 | 凝聚、絮凝、浮/淹 |
| 不同的使用方法，如澆注、噴灑等 | 絮凝、形成團(tuán)塊 |
| 透明度或遮蓋力 | 研磨細(xì)度 |
表2. 確定顏料或填料分散體質(zhì)量的測(cè)試方法。
分散質(zhì)量如何影響擦拭和透明度的示例如（圖3）所示。
圖3.分散劑類型、上樣量和分散方案對(duì)擦拭測(cè)試和透明度測(cè)量有巨大影響。
圖3.分散劑類型、上樣量和分散方案對(duì)擦拭測(cè)試和透明度測(cè)量有巨大影響。
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