在水性涂料生產(chǎn)過程中,顏料分散的好壞顯著影響著涂料的貯存穩(wěn)定性、涂裝作業(yè)難易及涂膜外觀等。近年來,國外已有很多關(guān)于適用于水性體系的顏料表面改性方法、顏料與高分子分散劑及樹脂間的作用機(jī)理、穩(wěn)定分散體系的制備方法等多方面的研究報導(dǎo)。

眾所周知,顏料的分散包括潤濕、機(jī)械粉碎和分散穩(wěn)定三個過程。顏料的潤濕過程是一個顏料—空氣、顏料—顏料粒子界面被顏料—樹脂溶液界面替換的過程,決定該過程的因素包括樹脂溶液在顏料粒子表面的吸附、展布及向顏料凝集體孔隙間的浸透。在水性體系中,介質(zhì)的表面張力遠(yuǎn)高于粒子的表面張力,故有機(jī)顏料被潤濕的能力較在有機(jī)溶劑中低很多,往往需要加入少量的水溶性有機(jī)溶劑或潤濕劑來改變這種狀況,也可通過增加顏料粒子的表面親水性來提高其被潤濕能力。粒子的機(jī)械粉碎過程,是顏料粒子的凝聚體(aggregates)或附聚體(agglomer2ates)通過剪切力或沖擊力破碎為細(xì)小粒子的過程,它不僅與分散設(shè)備有關(guān),而且與顏料的聚集狀態(tài)有關(guān);在水性體系中,還會受到顏料表面吸附電介質(zhì)的影響。

分散穩(wěn)定是通過在粉碎的粒子間產(chǎn)生斥力而阻止粒子再聚集的過程,是決定涂料和印墨穩(wěn)定性的關(guān)鍵步驟。在水性體系中,能夠起到穩(wěn)定作用的斥力包括吸附樹脂所提供的位阻斥力和靜電斥力,這種吸附樹脂可是漆料,但更多的是具有良好分散作用的高分子化合物,如苯乙烯—(甲基)丙烯酸共聚物、苯乙烯—馬來酸共聚物、丙烯酸—(甲基)丙烯酸酯共聚物和芳香族衍生物的聚氧乙烯醚等,它們在水中應(yīng)能很好地溶解,并能與顏料表面形成牢固的結(jié)合,前者主要取決于親水鏈段的性質(zhì),后者則同時由顏料表面性質(zhì)和疏水鏈段的性質(zhì)來決定。

有機(jī)顏料的水潤濕性和粒子表面結(jié)合能夠提供有效位阻作用的分散劑,是控制有機(jī)顏料在水性涂料體系中是否易被分散及分散穩(wěn)定性高低的主要因素。有多種方法可對有機(jī)顏料進(jìn)行表面改性,其中較重要的有等離子體濺射和顏料固溶體方法,表面改性后的顏料易被水性涂料潤濕和浸透,既可提高研磨效率,又有利于制備高分散穩(wěn)定的涂料。

在水性體系中,有機(jī)顏料與分散劑之間主要依靠疏水力相結(jié)合,雖然酸/堿作用也有利于錨接穩(wěn)定,但因其在水中易解離,無法占主導(dǎo)地位,只能作為一種補(bǔ)充。通常適用的分散劑應(yīng)該是在水溶性范圍內(nèi),疏水性度盡可能高的高分子樹脂,水是其余水端的良溶劑,該高分子溶液的第二維利系數(shù)大于零,能夠提供足夠的位阻斥力以保持分散體系的穩(wěn)定;若親水端是聚電介質(zhì),還可提供一定的電荷斥力,更有利于水性涂料體系的穩(wěn)定。

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