顏料分散體的穩(wěn)定作用

1、顏料分散體的穩(wěn)定作用一個穩(wěn)定的顏料分散體，應該在存放時不致發(fā)生下列三種現(xiàn)象：顏料發(fā)生沉降；顏料發(fā)生過分的絮凝，以致?lián)p害流變性和漆膜的表觀；由于顏料與介質(zhì)間的物理或化學作用導致體系粘度增加。顏料的沉降Stokes公式u =2t 2 （p 1 p 2） g/9q表述了球形粒子在液體介質(zhì)中沉降的速度， 式中u為下落速度，t為粒子半徑，p 1為粒子密度，p 2為液體密度，n為液體粘度，g 為重力加速度。盡管顏料的沉降并不完全符合這公式的要求，但可作為討論的基礎(chǔ)。從式中 可以看出，u隨粒子半徑的減少而降低，隨粒子和介質(zhì)的密度差減少而降低，也隨粘度的 升高而降低，因此要盡可能用粒子半徑小、密度低的顏料及高

2、粘度的介質(zhì)來防止沉降。、當顏料吸附有低分子量聚合物或表面活性劑時，粒子的直徑會增大，不利于防沉降，但 同時粒子的密度下降，可防止沉降，兩者相比，前面一種效應可忽略。當用高分子量聚合物 時，粒子吸附層更厚，可使沉降速度加快，但因為厚的吸附層密度低且具有很好的空間保護 效應，防止了絮凝，因此可防止沉降，即使有沉降，沉降層很疏松，不致有嚴重絮凝與聚集， 經(jīng)攪拌易于恢復分散狀態(tài)。防止比重大的顏料沉降的一個方法，便是用表面活性劑處理，如 用硬脂酸處理的碳酸鈣。防止沉降的另一個方法是增加介質(zhì)粘度，這可利用涂料的“觸變性” 取得，即當涂料放置時，粘度很高，可成凍膠狀。為了使涂料有觸變性可在涂料中加入觸變 劑

3、或增稠劑，在溶劑型涂料中主要有氫化蓖麻油，有機膨潤土（蒙脫土）和醇鋁等。顏料的絮凝顏料的粒子在介質(zhì)中不斷的進行布朗運動，亦即熱運動，每個粒子具有一定的動能。粒 子和粒子間不斷發(fā)生碰撞，如果粒子的動能可克服粒子間的斥力便可導致相互密切的接觸， 從而產(chǎn)生絮凝。對未穩(wěn)定的分散體系絮凝的速度（以粒子數(shù)的半衰期表示）可用下面的式子 表示：t1/2 = 3n /4kTn0式中tl/2為粒子數(shù)的半衰期，即粒子數(shù)減半所需的時間，n為介 質(zhì)粘度，k為波茲曼常數(shù)，T為溫度，kT為粒子的平均動能，n0為起始的粒子數(shù)。由式中可 以看到，提高粘度可減少絮凝。但實際上，單靠提高粘度并不足以穩(wěn)定涂料中的分散體，重 要的途徑

4、是防止粒子碰撞過程中的互相接觸。顏料粒子相互接近時通常有三個主要作用力：色散力、靜電力和空間阻力。色散力是吸 引力；靜電力可以是吸引力也可以是排斥力，在涂料分散體中主要是排斥力；空間阻力總是 排斥力。這些力的總效應決定吸引或排斥誰占優(yōu)勢，也即決定分散體系是否穩(wěn)定。由以上討論可知，防止絮凝主要是克服色散力（即倫敦-范德華引力），兩粒子間的色 散力隨粒子直徑的增加而增大，也隨距離的減少而增大。為了克服色散力的影響，就要增加 排斥力，首先是靜電排斥力。靜電力起源于粒子及周圍介質(zhì)的離子分布，若粒子上選擇吸附 了負離子，那么此帶電粒子的周圍的一層溶液會密集帶正電荷的平衡離子，這便是雙電層， 一層位于粒子

5、表面，一層為中和層，存在于擴散區(qū)。兩種不相同離子分布的情況產(chǎn)生的靜電 位以粒子表面最高，隨著距離的增加而迅速減少。盡管雙電層無明確終點，但由于電位下降 極快，所以可把電位降到原值0.7的距離作為它的厚度。增加離子價或離子濃度可降低厚度， 雙電層厚度降低可導致分散穩(wěn)定值下降。在給定的雙電層厚度下，可計算兩個帶相同電荷粒 子的排斥電位，排斥電位和介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)。如水的介電常數(shù)大于醇酸樹脂的有機溶液 （80： 4），因此在假定別的條件不變的情況下，水體系中兩種粒子的排斥力比醇酸體系大 20倍以上。就色散力和靜電力的綜合效應來看，粒子的距離對于粒子間的吸引還是排斥是 一個決定因素。當粒子互相靠近時

6、，排斥力逐漸增加，但當達到最高點時，排斥力迅速下降， 再進一步接近時便進入吸引區(qū)，吸引力引起絮凝。分散穩(wěn)定性主要取決于是否能夠防止具有 高能量粒子因碰撞而進入吸引區(qū)。在水分散體系中通?？梢约尤氡砻婊钚詣┗螂娊赓|(zhì)（如多聚磷酸鈉或聚丙烯酸銨）使粒 子表面形成厚的雙電層，這樣可使粒子間發(fā)生較大的排斥力，防止絮凝。但這種方法在有機 介質(zhì)中不起什么作用。在有機介質(zhì)中，粒子表面吸附的長鏈聚合物或表面活性主要起空間阻 礙作用，它們防止粒子接近蠶桑范德華引力起作用的范圍。利用空間阻礙防止絮凝的效應，和所用的聚合物或表面活性劑及溶劑等有關(guān)，吸附層愈 厚，分散體系愈穩(wěn)定。有關(guān)聚合物結(jié)構(gòu)的影響介紹如下：分子量愈大，

7、吸附層愈厚。聚合物中的極性基團不要連續(xù)排列，而要有一定間隔，這樣才能形成穩(wěn)定的厚的保護 層。例如高水解度的聚乙烯醇，它的羥基連續(xù)分布，因此它的分子是平伏在顏料上的，吸附 層不會厚。如果聚合物分子中只含部分羥基則不同，它在晨光顏料表面形成線團狀分布，其 空間為溶劑所充滿，平均吸附層可很厚，所以保護作用很強。不良溶劑中的聚合物成卷曲狀，而在良溶劑中成舒展狀，這使得它們在顏料上的吸附 情況不同。良溶劑中粒子吸附的聚合物量小，密度低，而不良溶劑中粒子上吸附的聚合物密 度高，吸附量大。其原因是良溶劑中溶劑分子和吸附的聚合物相容性好，聚合物脫附容易， 而且由于分子舒展，占有的吸附面積也大。因此在不良溶劑中顏料分散體比較穩(wěn)定。如果在 分散顏料時使用良溶劑，在調(diào)稀時用不良溶劑可導致絮凝，但相反則可防絮凝。貯存時粘度上升如前所述，涂料貯存時，粘度上升的原因主要是存放時發(fā)生了物理和化學的變化，特別 是顏料間的絮凝。主要原因如下：粒子的聚合物吸附層中，低分子量的聚合物會愈來愈多，例如醇酸樹脂涂料，由于低 分子量的醇酸樹脂具有相對多的極性基團，如羰基、羥基等，因此特別容易被吸附。由于低 分子量的聚合物被提取，高分子量的聚合物脫附，因此介質(zhì)粘度會明顯提高。低分子量的聚 合物通常被看作是一種增塑劑或溶劑。酸