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顏料分散工藝知多少

發(fā)表時(shí)間:2020-05-13

顏料在著(zhù)色領(lǐng)域占有非常重要的部分,對塑料、涂料、油墨等著(zhù)色有著(zhù)極其重要的作用?,F在常用的預分散體(如色母粒、色漿等)都有一個(gè)重要的目的,那就是讓顏料分散到最優(yōu)狀態(tài),展現其絢麗色彩。如果顏料分散效果不佳,會(huì )直接影響到著(zhù)色制品的質(zhì)量。塑料制品會(huì )出現斑點(diǎn)、條痕、光澤、色澤、透明度等外觀(guān)缺陷,而且影響制品的機械性能、耐老化性等,同時(shí)給加工及應用帶來(lái)影響。涂料油墨會(huì )由于顏料分散不良出現色點(diǎn)、光澤、遮蓋、遮蓋力等著(zhù)色缺陷,而且影響耐候性及儲存穩定性;對于涂料而言,顏料分散效果差還影響涂料的物理性能;而油墨的光澤和附著(zhù)力會(huì )受顏料分散效果的影響較大。那么,顏料分散是什么樣過(guò)程呢?如何擁有良好的顏料分散效果呢?

顏料在其制造過(guò)程中,最初形成的粒子稱(chēng)為初級粒子,粒度為5nm-1μm,能輕易地分散,但是初級粒子在加工過(guò)程中,尤其是干燥時(shí),會(huì )因各種原因產(chǎn)生團聚或凝聚,形成聚集體,聚集體之間或聚集體與初級粒子之間還可以粘結成聚集體,聚集體粘結比較牢,分散比較困難。如果想要顏料在著(zhù)色中達到理想的著(zhù)色力、透明度及其他特性,就必須對顏料的分散過(guò)程進(jìn)行研究,以便更好的將團聚體分散到比較接近于初級粒子或較小團聚體。

顏料的分散過(guò)程

顏料的分散是顏料在外力作用下破碎顏料顆粒附聚體與聚集體,克服顏料分子之間的吸引力,使顏料在應用體系中盡可能完美展現顏料的著(zhù)色性能。

顏料的分散過(guò)程通常分為三個(gè)階段:潤濕、分散、穩定。

(1)潤濕:顏料與空氣或水的分界面變?yōu)轭伭陷d色體界面;

(2)分散(細化):顏料顆粒在外力作用下破碎聚集體或附聚體成低聚體或初級粒子;

(3)穩定:穩定是非常重要的階段,主要防止已經(jīng)分散的顏料顆粒再次凝結。

顏料的潤濕是非常重要的步驟,它分為對顏料的初始潤濕和在分散細化過(guò)程中的持續潤濕。對于塑料加工來(lái)說(shuō),初始潤濕就是樹(shù)脂載色體取代顏料表面上的空氣和水分的過(guò)程;對于涂料油墨加工來(lái)說(shuō),會(huì )有潤濕助劑的添加,潤濕劑會(huì )對顏料表面潤濕。顏料潤濕的目的是使顏料之間的凝聚力減小,如果顏料表面不能被載色體或潤濕劑潤濕,那么后期分散設備的機械作用對顏料聚集體起不到良好作用效果。在塑料著(zhù)色中,熔體的剪切力很難對顏料附聚體起作用;在涂料和油墨著(zhù)色中,如果是研磨機研磨,不良的潤濕還會(huì )堵塞出口網(wǎng)。如何達到良好的潤濕效果,取決于顏料粒子的表面性質(zhì)、載色體或潤濕劑等?,F在的顏料廠(chǎng)家會(huì )對顏料進(jìn)行表面處理,使其更容易潤濕和分散。

第二步是顏料的分散細化的過(guò)程,主要是潤濕后的顏料顆粒在外力作用下粉碎細化后分散于在載體介質(zhì)中。塑料著(zhù)色加工主要使用的是單(雙)螺桿擠出機,雙螺桿擠出機的效果較優(yōu);涂料和油墨的著(zhù)色加工使用的多為三輥研磨機、立式研磨機和臥式研磨機,涂料加工使用臥式研磨機的效果比較好,油墨普遍使用三輥研磨機,但臥式研磨機同樣在使用。

最后是顏料顆粒的穩定化過(guò)程。由于顏料顆粒破碎細化后表面積增大,顆粒表面自由能也同比增加,直接造成細化的顏料顆粒間產(chǎn)生相互的吸引力并隨分散的進(jìn)程而不斷增強。細微顆粒會(huì )朝著(zhù)比表面積減少表面能降低的方向運動(dòng),所以顏料顆粒會(huì )再次凝聚。

顏料的分散穩定有兩種理論:

(1)電荷穩定理論

使顏料微顆粒表面帶上一定量電荷,形成雙電層,借助雙電層之間的排斥力使粒子之間的吸引力減弱,從而實(shí)現顏料的穩定狀態(tài)。涂料、油墨現在很多是利用電荷作用穩定分散,黏膠纖維等原液著(zhù)色也多利用雙電子穩定機制。

(2)空間位阻穩定

空間位阻機制主要是在體系中導入不帶電荷的高分子化合物,使其吸附于顏料表面,利用大分子鏈的位阻作用隔離顏料粒子,從而實(shí)現分散穩定狀態(tài)。在塑料著(zhù)色加工中主要采取的就是空間位阻穩定機制。涂料和油墨體系現在也多用高分子分散助劑,其分散穩定效果優(yōu)于電荷穩定機制。市場(chǎng)上的高分子分散劑也越來(lái)越多,并且有帶電荷的高分子分散劑,雙重機制同時(shí)穩定顏料顆粒分散。

在實(shí)際生產(chǎn)加工中,以上所述的過(guò)程是同時(shí)發(fā)生的,并不是按照順序進(jìn)行。例如色漿的制備,助劑基本是統一添加的,顏料的投料分散工序就已經(jīng)在進(jìn)行潤濕、分散和穩定過(guò)程了;研磨時(shí),顏料顆粒破碎后馬上被潤濕,然后分散穩定。

如何有良好的顏料分散效果

顏料的良好分散需要多方面共同作用,如顏料、助劑、加工工藝及設備等。

(1)顏料的選擇:顏料可生產(chǎn)處理不同,所得到的顏料分散能力不同,現在的顏料生產(chǎn)商都會(huì )進(jìn)行顏料表面處理,表面活性劑的處理利于在著(zhù)色體系中分散性。還有顏料的粒徑大小,粒徑小、堆積體積大不利于潤濕分散。

(2)助劑選擇:助劑包括分散劑、潤濕劑等?,F在超分散劑發(fā)展較快,嘗試多種助劑復合使用,協(xié)同作用均利于顏料分散。此外,著(zhù)色體系中的其他助劑不能夠影響著(zhù)色劑顏料的分散。例如塑料著(zhù)色中潤滑劑等會(huì )減小剪切作用力,對顏料的分散效果有影響。

(3)加工工藝及設備:塑料著(zhù)色體系的加工條件(如溫度、時(shí)間等)對著(zhù)色劑的分散效果有影響,溫度過(guò)高會(huì )導致剪切力不夠,時(shí)間短同樣分散效果不佳。涂料和油墨等液體體系著(zhù)色時(shí),預分散和研磨時(shí)間及設備轉速均影響。塑料著(zhù)色選用雙螺桿擠出機或密煉機利于顏料分散,加長(cháng)雙螺桿長(cháng)徑比、反復多次造粒均能達到良好的分散效果。涂料油墨等選用臥式研磨機利于顏料分散,三輥研磨和立式研磨機會(huì )存在研磨死角,影響顏料分散效果;當然增加研磨時(shí)間是比較常見(jiàn)的彌補方法。

如今著(zhù)色多使用預分散機制,例如色母粒、色漿的使用,能很好的解決分散問(wèn)題。因此,對于色母粒、色漿的技術(shù)要求越來(lái)越高了,具有良好的顏料分散的色母粒和色漿才能更多應用于各著(zhù)色體系。

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