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        顏料分散工藝知多少

        發表時間:2020-05-13

        顏料在著色領域占有非常重要的部分,對塑料、涂料、油墨等著色有著極其重要的作用?,F在常用的預分散體(如色母粒、色漿等)都有一個重要的目的,那就是讓顏料分散到最優狀態,展現其絢麗色彩。如果顏料分散效果不佳,會直接影響到著色制品的質量。塑料制品會出現斑點、條痕、光澤、色澤、透明度等外觀缺陷,而且影響制品的機械性能、耐老化性等,同時給加工及應用帶來影響。涂料油墨會由于顏料分散不良出現色點、光澤、遮蓋、遮蓋力等著色缺陷,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力會受顏料分散效果的影響較大。那么,顏料分散是什么樣過程呢?如何擁有良好的顏料分散效果呢?

        顏料在其制造過程中,最初形成的粒子稱為初級粒子,粒度為5nm-1μm,能輕易地分散,但是初級粒子在加工過程中,尤其是干燥時,會因各種原因產生團聚或凝聚,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。如果想要顏料在著色中達到理想的著色力、透明度及其他特性,就必須對顏料的分散過程進行研究,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色性能。

        顏料的分散過程通常分為三個階段:潤濕、分散、穩定。

        (1)潤濕:顏料與空氣或水的分界面變為顏料載色體界面;

        (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程中的持續潤濕。對于塑料加工來說,初始潤濕就是樹脂載色體取代顏料表面上的空氣和水分的過程;對于涂料油墨加工來說,會有潤濕助劑的添加,潤濕劑會對顏料表面潤濕。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;在涂料和油墨著色中,如果是研磨機研磨,不良的潤濕還會堵塞出口網。如何達到良好的潤濕效果,取決于顏料粒子的表面性質、載色體或潤濕劑等?,F在的顏料廠家會對顏料進行表面處理,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中。塑料著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;涂料和油墨的著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生相互的吸引力并隨分散的進程而不斷增強。細微顆粒會朝著比表面積減少表面能降低的方向運動,所以顏料顆粒會再次凝聚。

        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,從而實現顏料的穩定狀態。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,從而實現分散穩定狀態。在塑料著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,其分散穩定效果優于電荷穩定機制。市場上的高分子分散劑也越來越多,并且有帶電荷的高分子分散劑,雙重機制同時穩定顏料顆粒分散。

        在實際生產加工中,以上所述的過程是同時發生的,并不是按照順序進行。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在進行潤濕、分散和穩定過程了;研磨時,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:顏料可生產處理不同,所得到的顏料分散能力不同,現在的顏料生產商都會進行顏料表面處理,表面活性劑的處理利于在著色體系中分散性。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在超分散劑發展較快,嘗試多種助劑復合使用,協同作用均利于顏料分散。此外,著色體系中的其他助劑不能夠影響著色劑顏料的分散。例如塑料著色中潤滑劑等會減小剪切作用力,對顏料的分散效果有影響。

        (3)加工工藝及設備:塑料著色體系的加工條件(如溫度、時間等)對著色劑的分散效果有影響,溫度過高會導致剪切力不夠,時間短同樣分散效果不佳。涂料和油墨等液體體系著色時,預分散和研磨時間及設備轉速均影響。塑料著色選用雙螺桿擠出機或密煉機利于顏料分散,加長雙螺桿長徑比、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存在研磨死角,影響顏料分散效果;當然增加研磨時間是比較常見的彌補方法。

        如今著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題。因此,對于色母粒、色漿的技術要求越來越高了,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色體系。

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