無樹脂色漿體系的應(yīng)用

無樹脂色漿體系的應(yīng)用

隨著乳膠涂料的廣泛應(yīng)用，水性漿的制備和研究也越來越受到重視。色漿的生產(chǎn)、使用是一個復(fù)雜的過程,除了要考慮色漿本身的性能,還需綜合考慮色漿與涂料的相容性、生產(chǎn)工藝等。調(diào)色完成后,應(yīng)評價色漆的顏色準(zhǔn)確性、色漿添加量、色漆性能、成本以及環(huán)保性等各種因素。因而色漿的制備與應(yīng)用涉及面較廣,需要系統(tǒng)地研究。11.1顏料和有機顏料色漿的主要性能取決于其使用的顏料性能和含量。按照化學(xué)成分,通常將顏料分為無機顏料和有機顏料。無機顏料耐光性、耐候性好,容易分散,但通常色度偏暗,品種較少,主要包括氧化鐵顏料、珠光顏料以及金屬顏料等。有機顏料種類齊全、鮮艷度好,但一般價格較高,不易分散,主要品種有偶氮顏料、酞菁顏料等。從使用方便性考慮,色漿種類越多越好,調(diào)色實現(xiàn)起來更容易。但考慮材料采購、庫存和生產(chǎn)工藝,色漿的種類越少越好。綜合以上因素,一般來講基礎(chǔ)的色漿體系應(yīng)該包括以下8種核心色漿:鈦白PW6、鐵黃PY42、鐵紅PR101、炭黑PBK7、有機黃PY74、有機紅PR112、酞菁藍PB15∶3和酞菁綠PG71.2無樹脂體系色漿的優(yōu)勢目前色漿的生產(chǎn)大體可分為有樹脂和無樹脂2種體系。早期考慮色漿的貯存性能等因素,工廠大多采用有樹脂體系生產(chǎn)。近年來隨著各種添加劑特別是超分散劑技術(shù)的發(fā)展,色漿的生產(chǎn)越來越多采用無樹脂體系。相對于有樹脂體系,無樹脂體系色漿具有較多優(yōu)勢。首先通用性更強,由于樹脂性能的局限,有樹脂體系色漿在使用上受到一定局限,有時甚至?xí)驗榧嫒菪远鵁o法使用,而無樹脂體系應(yīng)用更加廣泛,適用于絕大多數(shù)涂料體系。其次,無樹脂體系色漿通常濃度更高,具有更好的性價比。另外在生產(chǎn)工藝上也更適合研磨工藝,能制備濃度更高、細度更細的產(chǎn)品1.3分散劑的選擇顏料的分散是色漿生產(chǎn)的關(guān)鍵,每種顏料都有相應(yīng)的HLB值(親水親油平衡值),選擇分散劑的關(guān)鍵是選擇與顏料HLB值相匹配的分散劑超分散劑的分子結(jié)構(gòu)主要分為2個部分,其中一部分為錨式基團,常見的有:—NR1.4色漿中流變助劑的應(yīng)用除了顏料和分散劑,色漿中還包含其他成分,如消泡劑、防沉劑、保濕劑和防腐劑等。消泡劑的選擇應(yīng)兼顧消泡性與相容性的平衡。色漿中消泡劑加量不能太大,以能消除色漿中的氣泡為上限。因為色漿還會添加到涂料中,在調(diào)配深色涂料中有可能因為色漿加量大而造成漆膜出現(xiàn)油縮等現(xiàn)象。顏料分散后,由于顏料粒子較細,比表面積大,為降低表面自由能有重新聚結(jié)的趨勢。特別是一些氧化鐵系顏料相對密度較大,長時間貯存會緩慢地沉降,甚至結(jié)成硬餅,難以再分散。除了分散劑的影響,防止顏料在色漆中沉降常用的辦法是添加流變助劑,在低剪切速率狀態(tài)下建立觸變結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是疏松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),稍受剪切力就會破壞,黏度變小。剪切力撤去,又恢復(fù)原有結(jié)構(gòu),黏度增加,能使顏料顆粒懸浮而不沉降。常用的流變劑有有機膨潤土類、氣相二氧化硅、蓖麻油衍生物和聚乙烯蠟等。色漿在調(diào)色過程中,需要經(jīng)常露置于空氣中,這樣容易造成表面結(jié)皮。為改善這一現(xiàn)象,可在色漿中添加保濕劑?？紤]到保濕效果和環(huán)保因素,可選擇丙二醇等溶劑,添加量一般在1%~5%?？傊?好的色漿應(yīng)做到不沉淀、不絮凝,有盡可能高的顏料含量,與涂料相容性好,對耐久性無不良影響,不會產(chǎn)生浮色、發(fā)花現(xiàn)象;生產(chǎn)過程應(yīng)簡便、經(jīng)濟,重現(xiàn)性好,批次穩(wěn)定;有較好的流動性,便于使用,環(huán)保性優(yōu)異,不會對健康造成危害22.1實驗原料與儀器2.1.1原材料和實驗儀器顏料:二氧化鈦CR-828:美國科美基公司;氧化鐵系列顏料:鐵紅Bayferrox4100,鐵黃Bayferrox4910,鐵黑Bayferrox4330,鐵棕Bayferrox4610,德國朗盛公司;有機顏料:有機黃CibaGS,有機紅Ciba3RS,瑞士汽巴公司;酞菁藍L7072D,酞菁綠L8605,有機橙2930HD,德國巴斯夫公司;永固紫BL:科萊恩公司;炭黑C-311:上海焦化公司。分散劑:EFKA4560:汽巴公司;Solsperse實驗測試儀器:研磨機:耐馳公司MINIZETA;三輥研磨機:江陰精細化工機械公司;刮板細度計、高速分散機、線棒涂布器:上?，F(xiàn)代儀器公司;色差儀:美能達公司D2600型;掃描電鏡:日本島津公司;電子天平:賽多利斯公司。2.2顏料性能和色漿配比無機顏料吸油值較低,分散相對容易,因而可制備固含量高的色漿。表1是常見無機顏料性能和色漿的配比。生產(chǎn)工藝:按照表1的配比,在高速攪拌機1000~1500r/min的轉(zhuǎn)度下,按順序加入原材料,攪拌30~40min至均勻狀態(tài),然后用三輥研磨機進行研磨,研磨時間大約60min,檢測細度合格后包裝。2.3具有超分散劑的色漿配方相對于無機顏料,有機顏料種類眾多,但存在吸油量大,不易分散的問題,因而對分散劑的要求更高,超分散劑是比較好的選擇。通常,含有超分散劑的水性色漿具有以下特點:具有更高的顏料含量和著色力,低泡沫及良好的貯存穩(wěn)定性,適應(yīng)性寬廣。添加到涂料中不影響漆膜的光澤和耐水性。表2為通用水性有機色漿配方。生產(chǎn)工藝:按照表2的配比,在高速攪拌機1000~1500r/min的轉(zhuǎn)度下,按順序加入原材料,攪拌30~40min至均勻狀態(tài),然后用臥式研磨機進行循環(huán)研磨,研磨時間大約2h時,檢測細度合格后包裝。33.1發(fā)酵組分的檢測色漿的基本性能包括密度、黏度、pH、細度、固含量和顏料含量等。色漿的耐光性、耐候性、耐化學(xué)品性等主要取決于所用的顏料性能,具體方法如下:(1)耐光性:采用氙燈光源,功率6500W,按英國標(biāo)準(zhǔn)BS100B02曝曬,結(jié)果用藍羊毛尺評價,采用8級制,8級為最好,1級為最差。(2)耐候性:采用ATLAS人工老化儀測試500h,結(jié)果用ISO灰卡測試,1~5級表示,5級為最好,1級為最差。(3)耐化學(xué)性:耐化學(xué)品性能取決于其中顏料的化學(xué)性能,分別在10%鹽酸溶液和5%氫氧化鈉溶液中檢測,結(jié)果參照英國標(biāo)準(zhǔn)BS1006A03,用灰卡測試采用5級制,5級為最好,1級為最差。表3是以上配方色漿基本性能。3.2研磨設(shè)備和研磨粒徑對分散性能的影響色漿的分散程度直接決定了色漿的性能。通常的測試方法有刮板細度計、電子顯微鏡、粒徑分布儀以及掃描電鏡(SEM)等。刮板細度計是測量顏料分散的一種最簡單的方法。優(yōu)點是速度快,但它不能反映出顏料分散的真實狀況,只能表示大的顏料凝聚體,而且不能顯示粒徑分布和粒子的狀態(tài)。電子顯微鏡能精密顯示粒子分散性能,但使用起來不太方便。相對來說,粒徑分布儀和掃描電鏡是比較準(zhǔn)確、方便的測試儀器影響色漿分散細度的因素除了顏料粒徑和分散劑的效率,研磨設(shè)備也至關(guān)重要。由于無機顏料固含量較高,黏度相對較大,多采用三輥研磨設(shè)備。而有機顏料多采用臥式砂磨機。研磨時多采用循環(huán)模式,至少保證物料研磨3遍以上才能得到較好的細度。3.3色漿的觸變性通常來講,為了保證色漿的貯存穩(wěn)定性,需要有較高的低剪切黏度。另外,為了保證使用方便,攪拌時應(yīng)具有較好的流動性,即具有較低的中剪切黏度。因而好的色漿應(yīng)有較好的觸變性。色漿的黏度與貯存穩(wěn)定性主要與顏料濃度、防沉劑用量有關(guān)。表4是氧化鐵紅顏料黏度與顏料濃度以及防沉劑用量之間的關(guān)系。其中低剪切黏度采用NDJ-1黏度計4從表4可以看出,隨著色漿濃度增加,色漿黏度增加,觸變性變大,在一定程度上能有助于貯存穩(wěn)定性的提高,但考慮到氧化鐵顏料密度較大,濃度越大,沉淀可能性越大,對比發(fā)現(xiàn)65%濃度顏料含量情況下,添加0.5%的防沉劑能有效改善色漿的貯存穩(wěn)定性。3.4色漿與色漿對色施工法的影響判斷色漿與涂料的相容性多采用指研法,方法如下:選取性能良好的白色乳膠漆或調(diào)色用乳膠漆,添加最大比例的色漿,混合均勻后用100μm線棒涂布器涂布在黑白格紙上,在表干前用手指輕輕旋轉(zhuǎn)擦拭漆膜,大約1min,實干后觀察擦拭部位與未擦拭部分是否有色差。肉眼觀察沒有色差,則表明色漿與乳膠漆相容性良好3.5計算機測量色差值的測定將標(biāo)準(zhǔn)色漿和測試色漿均按照2%加量添加到同一批次乳膠漆中,攪拌均勻,然后同時涂布在黑白格紙上,保證2種涂料有交接處,干燥后可肉眼觀察或用測色儀進行檢測。表5則是添加不同批次2%濃度的鐵黑色漿調(diào)色后的計算機測量色差值。從表5可以看出,試樣顏色比標(biāo)樣顏色要深,色差值△3.6色漿的環(huán)保性很多涂料調(diào)色后涂刷在兒童房墻壁、玩具以及各種家具上,特別是深色漆中色漿用量較大,因而色漿的環(huán)保性不容忽視,應(yīng)符合HG/T3953—2007《建筑涂料用水性色漿》標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于VOC以及重金屬含量的規(guī)定。4優(yōu)缺點好，適合一般制備性能優(yōu)異的水性色漿,需要綜合考慮顏料、分散劑以及生產(chǎn)工藝等影響因素。選擇顏料時需考慮其物理和化學(xué)性能,如細度、吸油量和耐久性等指標(biāo)。相對于有樹脂體系,無樹脂體系色漿具有顏料濃度高、著色力強、通用性好等優(yōu)點。選擇分散劑時,顏料HLB值與分散劑HLB值應(yīng)接近。超分散劑作為新型的分散劑,由于特殊機理和成分,對于顏料分散有良好的效果。通常由于著色對象不同而對色漿