影響有機顏料分散穩定性的幾個因素百讀不厭

1月
10
2020


分類:科技
作者:曾凡真


山東彩之源顏料決定有機顏料分散性的因素有哪些? 如何控制有機顏料的分散穩定性? 怎樣才能讓有機顏料更好的研磨、分散?今天顏料小哥就給大家講一下,影響有機顏料分散體穩定性的幾個因素,以供大家參考學習。
在顏料、塗料工業中,通常要將疏水性的顏料分散到水中或是將親水性的顏料粒子分散到油性介質中,並且設法防止在貯存及應用過程中浮色、凝聚及沉澱等現象的產生,因此顏料分散體的穩定性具有十分重要的意義。顏料分散體系的穩定特性與多種因素有關,萊州彩之源顏料科技有限公司專業生產:永固紅F3RK、永固紅F5RK、永固黃HR、永固黃HGR、永固桔黃G、酞菁藍BGS、酞菁綠G、永固紫RL等有機顏料。涉及到分散介質的特性、粒子表面極性以及被介質潤濕程度分布狀態等。欲使分散體具有比較理想的穩定性,主要可通過如下途徑:
1.添加適當濃度及適當粒子類型的表面活性劑,並使它們選擇性的吸附在顏料粒子表面上。 2.用高分子表面活性劑對顏料進行表面處理,並吸附在粒子表面上,依據立體障礙作用使分散體趨於穩定。 3.增加分散介質的粘度以控制顏料粒子的布朗運動及其自然重力沉降。 4.縮小顏料粒子與分散介質之間的密度差。 5.降低顏料粒子的到電位。
顏料微粒分散體在熱力學上式穩定的,在布朗運動以及外來的振動、攪拌等作用下,互相碰撞的粒子也容易發生聚集。有關分散體穩定的機理可有兩種:即雙電層理論或電荷穩定機理及立體(空間)效應或熵效應。 1.1雙電層理論或電荷穩定機理
通過在顏料粒子表面吸附離子型的表面活性劑,形成了雙重電荷層,即帶電荷的雙電層圍住顏料粒子,並產生靜電斥力,可以用雙層理論(DLVO理論)來說明。萊州彩之源顏料科技有限公司專業生產:永固紅F3RK、永固紅F5RK、永固黃HR、永固黃HGR、永固桔黃G、酞菁藍BGS、酞菁綠G、永固紫RL等有機顏料。當兩個帶電粒子靠近時,粒子周圍的雙電層相互重合,雙電層變形,粒子之間產生斥力;同時兩個粒子之間還存在范德華力的作用,因此粒子間相互作用的總位V等於排斥力與引力位能之和:
V=VR+VA 式中VR ——排斥力位能 VA ——互相作用引力位能。 根據E.J.W.Verwey和J.T.G.Overbeek提出依據粒子的大小、雙電層的厚度,可用下式計算排斥力的位能VR 。 VR =(ε·α²·Ψ0 )/R 式中ε——介質中的介電常數; Ψ0——粒子表面位能; R——粒子間距離; α——粒子的半徑 可見在給定的粒子間距離R下,其排斥位能VR 與粒子半徑α及Ψ0
的平方成正比,即表明欲增加粒子間排斥力,應具有較大的粒徑,否則排斥力降低。與此同時粒子間的引力隨著粒子間距離的減少而增加,這兩種作用力的綜合效果,即相互作用總位能V與粒子間距離之間的關係可以用圖14-6表示。
顯然當粒子的總位能Vmax
數值大時,不容易發生粒子的聚凝,根據靜電排斥原理,要使分散粒子穩定,其極大值為+15KT(KT為表示能量高低的單位符號,萊州彩之源顏料科技有限公司專業生產:永固紅F3RK、永固紅F5RK、永固黃HR、永固黃HGR、永固桔黃G、酞菁藍BGS、酞菁綠G、永固紫RL等有機顏料。為波耳茲曼常數與絕 對溫度的乘積)時,可以顯示明顯的穩定效果。 實驗數據表明,當粒子直徑為0.6微米,Ψ0
=30mV,ε=4時,其峰高位+11KT;而當粒徑為更小的0.2微米時,同樣條件下,峰值僅為+4KT,萊州彩之源顏料科技有限公司專業生產:永固紅F3RK、永固紅F5RK、永固黃HR、永固黃HGR、永固桔黃G、酞菁藍BGS、酞菁綠G、永固紫RL等有機顏料。這當然對分散體達到穩定是很不充分的。圖14-7和圖14-8中的曲線即是對於顏料粒徑分別為0.2微米、0.6微米,其吸附層為5nm的聚合物,在介電常數為4的情況下Vmax
的計算結果。 計算結果表明,粒徑大時,其相同粒子間的總的作用力(或稱為凈作用力)要更大些。
以鈦白為例,用十二烷基磺酸鈉在水溶液中處理TiO2,在不同濃度下,其顏料粒子之間的總作用力與粒子間距離的關係曲線,如圖14-9所示。
圖14-9(a)曲線表明濃度在2、1範圍內,粒子之間在一定距離範圍內的總位能為正值,在這種情況下排斥力可以防止粒子的凝聚,具有較好的分散穩定性,從30cm高度沉降到15cm所需的時間½很長,如圖14-9(b)所示;而濃度在1、4以下,粒子在各種不同距離範圍內的總位能均呈負值,引力作用使分散體呈不穩定狀態。
1.2立體(空間)效應或熵效應
立體效應主要是指顏料粒子表面上吸附某些高分子化合物,影響到顏料粒子之間的更緊密的接觸,當粒子表面塗層中含有聚合物分子式,在一定程度上使粒子失去自由活動,並相應的降低其熵值。立體效應增加了粒子之間的相互排斥力,使分散粒子的接觸受到空間障礙,保持了分散體系的穩定性。當然這種作用往往是同靜電斥力同時存在,而且與粒子大小有關。 兩個半徑為α的球形顏料粒子之間的引力可以用Hamaker提出的計算公式表示:
VA ={(A·α)/12}·(1/H0 ) 式中VA ——引力位能。 H0 ——粒子之間最短距離(H0 =2R-α.R為三個粒子的中心距離)。 A ——Hamaker常數。 如果考慮到粒子表面吸附了高分子聚合物,可對Hamaker公式進行修改,即引入吸附層厚度(δ)及3個分離的Hamaker常數。 實際計算結果證實,粒子表面吸附高分子之後,其相互作用位能VA
與粒子大小、表面吸附層厚度有關。當吸附層厚道一定時,大粒子之間相互吸引作用比小粒子之間的作用更為明顯,如圖14-10所示。
可見如果不考慮上述靜電斥力對分散體所起的穩定作用,則粒徑大的顏料比粒徑小的具有更大的相互作用力,以致導致更顯著的凝聚作用;而粒徑小的相互作用力較低,萊州彩之源顏料科技有限公司專業生產:永固紅F3RK、永固紅F5RK、永固黃HR、永固黃HGR、永固桔黃G、酞菁藍BGS、酞菁綠G、永固紫RL等有機顏料。立體(空間)障礙作用對分散體的穩定性是更重要的影響因素。這一結論已由銅酞菁在醇酸樹脂中的絮凝現象所證實。
顏料粒子表面吸附高分子分散劑(分子量通常在數萬以上),在顏料-介質的介面上形成高分子吸附層,對於顏料粒子表面只吸附了高分子分散劑的一部分,其餘部分(如聚合鏈或脂肪碳鏈)為介質所溶劑化,並擴展到介質中,起著明顯的穩定作用,如圖14-11所示。
對顏料的空間效應或熵穩定作用已有研究,在開發易分散型品種的同時,必須考慮到顏料與分散介質的相容關係。通過在顏料表面吸附某些基團,萊州彩之源顏料科技有限公司專業生產:永固紅F3RK、永固紅F5RK、永固黃HR、永固黃HGR、永固桔黃G、酞菁藍BGS、酞菁綠G、永固紫RL等有機顏料。使之與介質中的某些基團發生反應,促進顏料-介質吸附層的形成,提高穩定性。
除了上述的顏料粒子的潤濕性能外,另一種硬性分散體系穩定性的因素是在分散介質中顏料的ζ電位。通常被分散的顏料粒子表面是帶有電荷的,如果與分散介質帶有相反的電荷,則會形成雙電層,同時顏料粒子表面吸附的溶劑層(稱為固定層)隨著粒子的一起運動,可將其視為再此固定層之外可以流動的介質,而ζ電位是指固定層與流動層邊界到介質中間的電位差。
使用顯微電泳測定分散相在均勻的直流電場中的電泳速度µ,可以通過Henry公式計算ζ電位: µ=(ζ·D)/6πη·ƒ(Ka)E 式中ζ——Zeta電位; η——分散介質的粘度; E——直流電場的電位梯度; D——介質的介電常數: ƒ(Ka)——與粒子形狀有關的常數(球形的質點為1,棒狀的為1.5)。
例如將無機顏料氧化鐵紅用不同的表面覆蓋劑處理,測定其懸浮體(濃度為1g/L)在毛細管或扁平型電泳池中顏料粒子的移動速度,即在一定時間內移動的距離,計算電泳速度,求出ζ電位,其結果列於表14-3中。 可以從其ζ電位的變化看出,當顏料粒子為帶有負電荷的氧化鐵紅(經過十二烷基苯磺酸鈉鹽處理)時,具有更低的ζ電位(-48.5V),在水中具有優良的分散穩定性。 表14-3
不同表面處理後的氧化鐵紅顏料的ζ電位 試樣性能 工業品氧化鐵紅 經ASAA處理後的試樣 經聚乙烯耳胺處理的試樣 粒子帶電荷 正 負 負 移動速度 150×104 9.15×10-4 53.6×10-4 ζ電位 +79.5 -48.5 -28.5 水性漆的穩定性 易凝聚 穩定 凝聚 結果表明,顏料粒子帶負電荷越多,分散體系越穩定,其機理如圖14-12所示。
感謝大家對顏料小哥的關注和支持,明天咱們繼續分享那些關於有機顏料的事情。

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