钛白粉在水性涂料中的分散性首页原材料与设备

发布时间:2018-07-09 16:04:36  作者:中国水漆网  来源:本站原创  浏览次数:
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钛白粉的用途非常广泛,它的应用范围涵盖了涂料、塑料、造纸、油墨、化妆品、橡胶等领域,由于不同的钛白粉生产厂家根据自身的特点确定了不同的生产工艺,这样也导致了不同厂家的钛白粉在应用性能上的差异。这些差异最突出的表现在钛白粉在该领域的分散性。


分散这个问题对于每一个钛白粉生产企业和使用企业而言都是首先需要解决的问题。就钛白粉的生产与应用过程而言,分散性的好坏常常是评价该产品质量优劣的极为重要的指标。金红石型钛白粉在涂料领域应用广泛,分散性更是关注的焦点。


一、钛白粉在水性涂料中分散原理


钛白粉在水相中分散的基本原理:我们可以把钛白粉的研磨分散过程大致分为相互影响、相互制约的三个步骤:

A、润湿;

B、分离;

C、稳定化。


在实际研磨分散过程中这三个步骤并不是循序渐进的,而是一环扣一环,相辅相成又相互制约的,即这三者中若有一个不能达到目的就会使研磨效率下降甚至产品不能达到所需求的程度,或者返粗。


在涂料生产的过程中,钛白粉分散的好坏直接影响着水性涂料的储存稳定性、涂膜外观和涂装作业难易等。在水性涂料的生产过程中,钛白粉颜料的润湿过程是一个“钛白粉-空气”、“钛白粉-钛白粉粒子界面”被“钛白粉-树脂溶液界面”替换的过程,决定润湿效果的因素主要有树脂溶液在钛白粉颜料粒子表面的吸附,树脂向钛白粉颜料凝聚体空隙间的渗透。粉碎过程是钛白粉颜料粒子的凝聚体或者附聚体通过剪切力或者冲击力破坏为细小粒子的过程,它不仅与设备有关系,还与钛白粉颜料的聚凝状态相关。分散稳定是粒子间产生斥力而阻止粒子间再聚集的过程。


二、影响钛白粉分散性的因素及机理


1、盐含量(电阻率)

根据双电层的一般原理,表面带负电荷的微粒其双电层将会受到体系中阴离子或阴离子集团的压缩,从而导致微粒的Zeta电位下降并直接导致分散体系的稳定性下降,尤其明显的是高价阴离子或阴离子集团对处于分散状态的微粒的Zeta电位的影响更为突出。 


在金红石型钛白粉的表面处理过程中,通常难以避免的会引入大量的杂质离子,其中常见的是SO42+、Cl-等阴离子以及Na+等阳离子。虽然各厂家的生产工艺条件不一样,但由表面处理带入一定数量的杂质种类均会对最后产品的水分散性带来不良影响。因此,有必要将表面处理之后的产品进行去除杂质的处理,这项指标往往以电阻率来表示。


 2、体系的PH值

钛白粉在应用体系中的PH值虽然不是由钛白粉制造商所能决定的,但是仍然有必要对这一指标的影响进行充分的了解。因为在钛白粉的制备过程中,PH值本身的变动范围也比较大,了解该项指标对分散性的影响,有利于我们控制钛白粉的PH值在更加有效的范围内,并尽可能地提高钛白粉在水相体系中的分散性能。


在接近理想状态的水相体系中,体系的PH值也将成为影响金红石型钛白粉分散的重要因素,其产生影响的主要机理我们分析认为可能还是可以归结到双电层的原因。不同型号的钛白粉由于其表面性质的差异,其所谓的等电点则有非常明显的不同。


3、表面化学特性

实际上在水性涂料体系里面,ξ电位是随着钛白粉的单位吸附量的增加而迅速增大的,但是当ξ电位升高到一定程度后,其增大的幅度逐渐变缓。从而表明钛白粉颗粒必须达到一定的吸附量,才能够具有一定的电荷稳定性,这一点对实际的水性涂料配方设计有着深远的意义。


随着钛白粉粒子的细微化,表面原子所占比例增加。但表面原子受到的是不对称力,即与其邻近的内部原子的非对称价键力和其他原子的范德华力的作用,其价键是不饱和的。 


根据钛白粉在水溶液中的pH值不同,可带正电、负电和电中性。当pH值比较小时,粒子表面形成M—OH2,导致粒子表面带正电;当pH值高时粒子表面形成M-O键,使粒子表面带负电;如果pH值处于中间值,则表面形成M—OH,粒子呈电中性。在不同的pH值下,分散在水中的粉体的表面化学特性就由吸附到颗粒表面的H+和OH-粒子所决定。 


4、水性涂料分散剂对钛白粉粉体特性的影响

在钛白粉含量不变的情况下,单位的吸附量与分散剂的含量成正比。根据胶体稳定性的DLVO理论,胶体质点之间存在范德华吸引作用,而质点在相互接近时又因双电层的重叠而产生排斥作用,胶体的稳定性取决于质点之间吸引与排斥作用的相对大小。


悬浮体的分散性和流动性与其ξ电位值有很大关系,一般ξ电位绝对值越大,越有利于悬浮体分散。在浆料的制备过程中,为获得高分散性稳定性好的浆料,通常选用一些高分子电解质来改善其悬浮性能。


引入分散剂以后,粒子表面ξ电位绝对值增加,这是由于加入分散剂后,带有负电荷的分散剂阴离子基团吸附在钛白粉粒子表面,使粒子表面的负电荷性更高,粒子表面的电荷密度最高,粒子间产生最大的静电斥力,于是浆料具有最佳的分散性。因此,制备高固体含量的钛白粉浆料选择最佳pH值应在8~9。


5、水性涂料分散剂对钛白粉浆料流变特性的影响

悬浮液的流变性决定于浆液的固含量和粒子间的相互作用。钛白粉粉体在水介质中具有较高的比表面能,因而容易产生团聚或絮凝,影响浆料的稳定性和均匀性。


分散剂的加入不仅能改善粉体的表面特性,而且对钛白粉悬浮体的流变行为也有较大影响,通过加入分散剂的方法可以获得低黏度、高稳定性均匀性好的涂料浆料。


不加分散剂时浆料的黏度最大,随着分散剂用量的增加,粒子表面电荷密度升高,离子间斥力也相应增加,浆料的黏度开始下降,流动性好转,体系的分散性得到改善。


进一步增加分散剂用量,浆料黏度变化不大,这是由于粒子表面电荷达到饱和所致。但分散剂用量过大,过剩的分散剂分子相互桥连形成网络结构,限制粒子间的运动,使流变性变差。


小结:分散问题是粉体行业永远无法绕开的问题,只有深入研究分散机理并结合实际粉体生产工艺,才能找到复合实际生产应用的技术突破口。

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