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水性樹脂類色漿的制備及探討,通過制備5種水性樹脂類色漿,中國化工網,okmart.com
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水性樹脂類色漿的制備及探討,通過制備5種水性樹脂類色漿
2020年04月26日    閱讀量:     新聞來源:中國化工網 okmart.com  |  投稿

0 前 言

水性色漿是指將無機顏料或者有機顏料在表面活性劑的潤濕分散或在水溶性樹脂及表面活性劑潤濕分散的承載下,形成均一穩定、具有一定的流動性和觸變性較好的高濃縮型顏料漿。


水性色漿體系一般分為高顏料含量的無樹脂色漿和低顏料含量的有樹脂色漿。其中前者具有展色性好、相容性好的優點中國化工網okmart.com。后者以水性成膜樹脂研磨單個顏料制備色漿,具有質量穩定、小批量生產方便的特點。本文研究了水性樹脂類色漿的制備方法,以滿足小批量生產簡單快捷的要求。

 

1 實驗部分

1.1 原材料和儀器設備

本實驗所使用的實驗儀器如表1所示。

實驗儀器

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本實驗所使用的實驗材料如表2所示。

實驗材料

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1.2 水性樹脂類色漿基礎配方

本實驗水性樹脂類色漿基礎配方如表3所示。

水性樹脂類色漿基礎配方

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1.3 實驗步驟

按照表3給出的基礎參考配方,按質量比例稱取原料,將1~4逐步加入容器中,在高速分散機下攪拌分散均勻,然后在攪拌中加入5~6,分散10 min,最后加入7~8,1 400 r/min分散30 min,形成均勻色漿,進行研磨至細度≤15 μm,即可。

1.4 設計理論

(1)水性樹脂類色漿的穩定性。

(2)助劑的選擇。

(3)色差控制。

 

2 實驗結果與討論

2.1 分散劑對水性樹脂類色漿的影響

在制備水性樹脂類色漿中,顏料的分散是色漿生產的關鍵,每種顏料都有相應的HLB值(親水親油平衡值),選擇分散劑的關鍵是選擇與顏料HLB值相匹配的分散劑[3]。本實驗制備的色漿中,其中包括無機顏料鈦白粉、炭黑MA100、氧化鐵紅;也包括有機類顏料、酞菁藍、永固紫等。


不同分散劑對色漿體系中的分散效果和效率是不同的,所以此實驗分散劑選取了BYK-190及競品1兩種進行了比較篩選。

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首選測試了兩種分散劑對于無機和有機顏料的分散程度,簡單的測試為刮板細度計測量顏料的分散情況,即研磨相同時間考察其細度。測試結果如表4所示。


分散劑對水性樹脂類色漿的影響

首先分散劑用量是根據畢克化學提供制備基礎色漿所需BYK-190添加量確定。分散劑BYK-190是含有顏料親和基團的高分子共聚物,對于研磨色漿,以顏料標準的添加量計,對鈦白粉為10%~15%,對有機顏料為20%~30%。


競品1添加量與BYK-190相同,根據表4所示結果,可以比較出研磨相同時間,對于鈦白粉、炭黑MA100和氧化鐵紅可以得到相同的結果,對于研磨酞菁藍、永固紫顏料情況,添加BYK-190研磨效果好于競品1,所以水性樹脂類色漿選定的分散劑為BYK-190。


在制備水性樹脂類色漿實驗中,由于水性樹脂具有一定的分散功能,并且5種顏料吸油量不同,加入分散劑用量并不是越多越好。分散劑正確的用量是色漿實驗中穩定性的關鍵因素,因為分散劑的作用是吸附在顏料表面并將分散的粒子包覆起來,由于靜電排斥的結果。


分散劑可以阻止粒子再次團聚而使分散體穩定下來,如果分散劑用量不足,則體系不會處于最穩定狀態,假如用量過度,則會由于雙電層點性中和引起排斥力下降而導致粒子絮凝,致使所制備的色漿細度增加,破壞其展色性[4]。本實驗根據實際情況,在5種色漿制備中篩選了合適分散劑的用量,即制備色漿研磨細度≤15 μm,50 ℃恒溫箱放置15 d,刮板細度計查看色漿細度是否增加。結果如表5所示。

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分散劑用量對水性樹脂類色漿的影響

從表5的數據可以看出,對于鈦白粉色漿,分散劑用量在5%~8%(質量分數,后同)適宜。對于炭黑MA100、氧化鐵紅色漿分散劑用量8%~10%適宜。對于酞菁藍、永固紫色漿,分散劑用量在10%~12%適宜。


有機類顏料、酞菁藍、永固紫制備的色漿分散劑用量一般要高于無機類的,一般來說,像酞菁藍這種顏料,表面活性吸附中心較多,需要較多的錨固吸附點才容易達到飽和[5],所以需要的分散劑用量多些。


2.2 消泡劑對樹脂類色漿的影響

在水性樹脂類色漿制備中,因攪拌過程中空氣進入液體介質而不能以足夠快的速度離去而產生氣泡。因為所制備的色漿黏度較大,致使表面黏度也較大,形成的液膜黏度也就較高,色漿中的氣泡不易從內部脫出。


同時表面黏度大的液膜,分子排列緊密,氣泡難以透過,因而將氣泡更加穩定在色漿中,所以在色漿中消泡劑的應用也很關鍵,并且消泡劑的選擇應兼顧消泡性與相容性的平衡,色漿中消泡劑加量不能太大,以能消除色漿中的氣泡為上限。


因為色漿還會添加到涂料中,在調配深色涂料中有可能因為色漿加量大而造成涂膜出現縮孔現象,并且消泡劑種類加入為一種,因為溶液體系中含有的物質種類越少越穩定,所以本實驗中選取了Tego902w消泡劑。


本實驗選取消泡劑用量為0.2%~0.5%(質量分數)測試消泡劑在水性樹脂類色漿中的消泡能力。測試方法為將色漿用高速分散機2 000 r/min,持續攪拌5min,用比重杯測試質量來得到密度,從而可以分析出色漿中所夾帶的空氣情況。測試結果如表6。


消泡劑對水性樹脂類色漿的影響

為了清晰地看出消泡情況,將表6作為折線圖,所示如圖1。

色漿種類密度對消泡劑添加量圖

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從圖1中可以看出,對于鈦白粉、炭黑MA100、氧化鐵紅色漿消泡劑用量控制在0.3%已經滿足要求,而對于酞菁藍、永固紫色漿消泡劑用量需要控制在0.4%或者0.5%已經可以滿足要求。這是由于5種色漿黏度不同、顏料的比表面、吸油量多種因素而造成消泡能力不同的。


2.3 防沉劑對水性樹脂類色漿的影響

沉降現象是涂料中生產和使用過程中一個重要問題,水性樹脂類色漿在貯存一定時間內,沉淀情況是否嚴重也是需要重點考慮的因素。通常來講,為了保證色漿的貯存穩定性,需要有較高的低剪切黏度;


另外;為了保證使用方便,攪拌時應具有良好的流動性,即具有較低的中剪切黏度,所以好的色漿應具有良好的觸變性。水性樹脂類色漿因含有樹脂能在一段時間上有效改善色漿的貯存穩定性。但是在長期貯存下仍需要加入防沉劑來提高貯存穩定性。


本實驗選取防沉物質為氣相二氧化硅。色漿貯存穩定性主要與顏料含量與防沉劑用量有關,本實驗制備的色漿顏料加入質量分數一樣,但是顏料密度、吸油量、比表面積等因素不同防沉劑用量也是不一樣的。本實驗測試了不同含量的防沉劑對色漿貯存穩定性的影響,結果如表7所示。


防沉劑對水性樹脂類色漿的影響

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注:穩定性情況為50 ℃恒溫箱放置20 d查看色漿狀態。

從表7中的數據可以發現,無防沉劑氣相二氧化硅的存在,5種色漿貯存穩定性很差。隨著氣相二氧化硅添加量的增加,色漿貯存穩定性逐漸變好。對于鈦白色漿,當氣相二氧化硅添加量至0.4%、0.5%(質量分數)時,色漿狀態變稠,流動性變差,這也說明體系貯存穩定性隨著黏度的增大而增加,但當黏度增加到一定程度后體系穩定性會降低的,黏度對貯存穩定性的影響是兩面性的[7]。


對于炭黑MA100、酞菁藍、永固紫色漿,氣相二氧化硅用量需要達到0.4%或者0.5%(質量分數)狀態正常。對于氧化鐵紅色漿,由于本身顏料比重較大,沉淀的可能性較高,所以需要考慮防沉劑用量稍微提高。


3 結 語

(1)水性樹脂類色漿,對于制備鈦白粉色漿,分散劑添加量為5%~8%(質量分數,后同),消泡劑添加量為0.3%,防沉劑添加量為0.3%穩定性效果好。

(2)水性樹脂類色漿,對于制備炭黑色漿,分散劑添加量為8%~10%,消泡劑添加量為0.3%,防沉劑添加量為0.4%穩定性效果好。

(3)水性樹脂類色漿,對于制備氧化鐵紅色漿,分散劑添加量為8%~10%,消泡劑添加量為0.3%,防沉劑添加量為0.4%穩定性效果好。

(4)水性樹脂類色漿,對于制備酞菁藍色漿,分散劑添加量為10%~12%,消泡劑添加量為0.4%~0.5%,防沉劑添加量為0.4%~0.5%穩定性效果好。

(5)水性樹脂類色漿,對于永固紫色漿,分散劑添加量為10%~12%,消泡劑添加量為0.4%~0.5%,防沉劑添加量為0.4%~0.5%穩定性效果好。


水性樹脂類色漿的制備及探討

谷 銳,王亞軒,劉艷菲,林立颯

(河北晨陽工貿集團有限公司,河北保定 072550)


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