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水性树脂类色浆的制备及探讨通过制备5种水性树脂类色浆

2021-08-18 来源:贵州农业机械网

水性树脂类色浆的制备及探讨,通过制备5种水性树脂类色浆

0 前 言

水性色浆是指将无机颜料或者有机颜料在表面活性剂的润湿分散或在水溶性树脂及表面活性剂润湿分散的承载下,形成均一稳定、具有一定的流动性和触变性较好的高浓缩型颜料浆。

水性色浆体系一般分为高颜料含量的无树脂色浆和低颜料含量的有树脂色浆。其中前者具有展色性好、相容性好的优点中国化工网okmart.com。后者以水性成膜树脂研磨单个颜料制备色浆,具有质量稳定、小批量生产方便的特点。本文研究了水性树脂类色浆的制备方法,以满足小批量生产简单快捷的要求。

1 实验部分

1.1 原材料和仪器设备

本实验所使用的实验仪器如表1所示。

实验仪器

本实验所使用的实验材料如表2所示。

实验材料

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1.2 水性树脂类色浆基础配方

本实验水性树脂类色浆基础配方如表3所示。

水性树脂类色浆基础配方

1.3 实验步骤

按照表3给出的基础参考配方,按质量比例称取原料,将1~4逐步加入容器中,在高速分散机下搅拌分散均匀,然后在搅拌中加入5~6,分散10 min,最后加入7~8,1 400 r/min分散30 min,形成均匀色浆,进行研磨至细度≤15 μm,即可。

1.4 设计理论

(1)水性树脂类色浆的稳定性。

(2)助剂的选择。

(3)色差控制。

2 实验结果与讨论

2.1 分散剂对水性树脂类色浆的影响

在制备水性树脂类色浆中,颜料的分散是色浆生产的关键,每种颜料都有相应的HLB值(亲水亲油平衡值),选择分散剂的关键是选择与颜料HLB值相匹配的分散剂[3]。本实验制备的色浆中,其中包括无机颜料钛白粉、炭黑MA100、氧化铁红;也包括有机类颜料、酞菁蓝、永固紫等。

不同分散剂对色浆体系中的分散效果和效率是不同的,所以此实验分散剂选取了BYK-190及竞品1两种进行了比较筛选。

首选测试了两种分散剂对于无机和有机颜料的分散程度,简单的测试为刮板细度计测量颜料的分散情况,即研磨相同时间考察其细度。测试结果如表4所示。

分散剂对水性树脂类色浆的影响

首先分散剂用量是根据毕克化学提供制备基础色浆所需BYK-190添加量确定。分散剂BYK-190是含有颜料亲和基团的高分子共聚物,对于研磨色浆,以颜料标准的添加量计,对钛白粉为10%~15%,对有机颜料为20%~30%。

竞品1添加量与BYK-190相同,根据表4所示结果,可以比较出研磨相同时间,对于钛白粉、炭黑MA100和氧化铁红可以得到相同的结果,对于研磨酞菁蓝、永固紫颜料情况,添加BYK-190研磨效果好于竞品1,所以水性树脂类色浆选定的分散剂为BYK-190。

在制备水性树脂类色浆实验中,由于水性树脂具有一定的分散功能,并且5种颜料吸油量不同,加入分散剂用量并不是越多越好。分散剂正确的用量是色浆实验中稳定性的关键因素,因为分散剂的作用是吸附在颜料表面并将分散的粒子包覆起来,由于静电排斥的结果。

分散剂可以阻止粒子再次团聚而使分散体稳定下来,如果分散剂用量不足,则体系不会处于最稳定状态,假如用量过度,则会由于双电层点性中和引起排斥力下降而导致粒子絮凝,致使所制备的色浆细度增加,破坏其展色性[4]。本实验根据实际情况,在5种色浆制备中筛选了合适分散剂的用量,即制备色浆研磨细度≤15 μm,50 ℃恒温箱放置15 d,刮板细度计查看色浆细度是否增加。结果如表5所示。

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分散剂用量对水性树脂类色浆的影响

从表5的数据可以看出,对于钛白粉色浆,分散剂用量在5%~8%(质量分数,后同)适宜。对于炭黑MA100、氧化铁红色浆分散剂用量8%~10%适宜。对于酞菁蓝、永固紫色浆,分散剂用量在10%~12%适宜。

有机类颜料、酞菁蓝、永固紫制备的色浆分散剂用量一般要高于无机类的,一般来说,像酞菁蓝这种颜料,表面活性吸附中心较多,需要较多的锚固吸附点才容易达到饱和[5],所以需要的分散剂用量多些。

2.2 消泡剂对树脂类色浆的影响

在水性树脂类色浆制备中,因搅拌过程中空气进入液体介质而不能以足够快的速度离去而产生气泡。因为所制备的色浆黏度较大,致使表面黏度也较大,形成的液膜黏度也就较高,色浆中的气泡不易从内部脱出。

同时表面黏度大的液膜,分子排列紧密,气泡难以透过,因而将气泡更加稳定在色浆中,所以在色浆中消泡剂的应用也很关键,并且消泡剂的选择应兼顾消泡性与相容性的平衡,色浆中消泡剂加量不能太大,以能消除色浆中的气泡为上限。

因为色浆还会添加到涂料中,在调配深色涂料中有可能因为色浆加量大而造成涂膜出现缩孔现象,并且消泡剂种类加入为一种,因为溶液体系中含有的物质种类越少越稳定,所以本实验中选取了Tego902w消泡剂。

本实验选取消泡剂用量为0.2%~0.5%(质量分数)测试消泡剂在水性树脂类色浆中的消泡能力。测试方法为将色浆用高速分散机2 000 r/min,持续搅拌5min,用比重杯测试质量来得到密度,从而可以分析出色浆中所夹带的空气情况。测试结果如表6。

消泡剂对水性树脂类色浆的影响

为了清晰地看出消泡情况,将表6作为折线图,所示如图1。

色浆种类密度对消泡剂添加量图

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从图1中可以看出,对于钛白粉、炭黑MA100、氧化铁红色浆消泡剂用量控制在0.3%已经满足要求,而对于酞菁蓝、永固紫色浆消泡剂用量需要控制在0.4%或者0.5%已经可以满足要求。这是由于5种色浆黏度不同、颜料的比表面、吸油量多种因素而造成消泡能力不同的。

2.3 防沉剂对水性树脂类色浆的影响

沉降现象是涂料中生产和使用过程中一个重要问题,水性树脂类色浆在贮存一定时间内,沉淀情况是否严重也是需要重点考虑的因素。通常来讲,为了保证色浆的贮存稳定性,需要有较高的低剪切黏度;

另外;为了保证使用方便,搅拌时应具有良好的流动性,即具有较低的中剪切黏度,所以好的色浆应具有良好的触变性。水性树脂类色浆因含有树脂能在一段时间上有效改善色浆的贮存稳定性。但是在长期贮存下仍需要加入防沉剂来提高贮存稳定性。

本实验选取防沉物质为气相二氧化硅。色浆贮存稳定性主要与颜料含量与防沉剂用量有关,本实验制备的色浆颜料加入质量分数一样,但是颜料密度、吸油量、比表面积等因素不同防沉剂用量也是不一样的。本实验测试了不同含量的防沉剂对色浆贮存稳定性的影响,结果如表7所示。

防沉剂对水性树脂类色浆的影响

注:稳定性情况为50 ℃恒温箱放置20 d查看色浆状态。

从表7中的数据可以发现,无防沉剂气相二氧化硅的存在,5种色浆贮存稳定性很差。随着气相二氧化硅添加量的增加,色浆贮存稳定性逐渐变好。对于钛白色浆,当气相二氧化硅添加量至0.4%、0.5%(质量分数)时,色浆状态变稠,流动性变差,这也说明体系贮存稳定性随着黏度的增大而增加,但当黏度增加到一定程度后体系稳定性会降低的,黏度对贮存稳定性的影响是两面性的[7]。

对于炭黑MA100、酞菁蓝、永固紫色浆,气相二氧化硅用量需要达到0.4%或者0.5%(质量分数)状态正常。对于氧化铁红色浆,由于本身颜料比重较大,沉淀的可能性较高,所以需要考虑防沉剂用量稍微提高。

3 结 语

(1)水性树脂类色浆,对于制备钛白粉色浆,分散剂添加量为5%~8%(质量分数,后同),消泡剂添加量为0.3%,防沉剂添加量为0.3%稳定性效果好。

(2)水性树脂类色浆,对于制备炭黑色浆,分散剂添加量为8%~10%,消泡剂添加量为0.3%,防沉剂添加量为0.4%稳定性效果好。

(3)水性树脂类色浆,对于制备氧化铁红色浆,分散剂添加量为8%~10%,消泡剂添加量为0.3%,防沉剂添加量为0.4%稳定性效果好。

(4)水性树脂类色浆,对于制备酞菁蓝色浆,分散剂添加量为10%~12%,消泡剂添加量为0.4%~0.5%,防沉剂添加量为0.4%~0.5%稳定性效果好。

(5)水性树脂类色浆,对于永固紫色浆,分散剂添加量为10%~12%,消泡剂添加量为0.4%~0.5%,防沉剂添加量为0.4%~0.5%稳定性效果好。

水性树脂类色浆的制备及探讨

谷 锐,王亚轩,刘艳菲,林立飒

(河北晨阳工贸集团有限公司,河北保定 072550)