解析有机颜料在水性涂料中的分散

在水性涂料生产过程中,颜料分散的好坏显著影响着涂料的贮存稳定性、涂装作业难易及涂膜外观等。近年来,国外已有很多关于适用于水性体系的颜料表面改性方法、颜料与高分子分散剂及树脂间的作用机理、稳定分散体系的制备方法等多方面的研究报导。

众所周知,颜料的分散包括润湿、机械粉碎和分散稳定三个过程。颜料的润湿过程是一个颜料—空气、颜料—颜料粒子界面被颜料—树脂溶液界面替换的过程,决定该过程的因素包括树脂溶液在颜料粒子表面的吸附、展布及向颜料凝集体孔隙间的浸透。在水性体系中,介质的表面张力远高于粒子的表面张力,故有机颜料被润湿的能力较在有机溶剂中低很多,往往需要加入少量的水溶性有机溶剂或润湿剂来改变这种状况,也可通过增加颜料粒子的表面亲水性来提高其被润湿能力。粒子的机械粉碎过程,是颜料粒子的凝聚体(aggregates)或附聚体(agglomer2ates)通过剪切力或冲击力破碎为细小粒子的过程,它不仅与分散设备有关,而且与颜料的聚集状态有关;在水性体系中,还会受到颜料表面吸附电介质的影响。

分散稳定是通过在粉碎的粒子间产生斥力而阻止粒子再聚集的过程,是决定涂料和印墨稳定性的关键步骤。在水性体系中,能够起到稳定作用的斥力包括吸附树脂所提供的位阻斥力和静电斥力,这种吸附树脂可是漆料,但更多的是具有良好分散作用的高分子化合物,如苯乙烯—(甲基)丙烯酸共聚物、苯乙烯—马来酸共聚物、丙烯酸—(甲基)丙烯酸酯共聚物和芳香族衍生物的聚氧乙烯醚等,它们在水中应能很好地溶解,并能与颜料表面形成牢固的结合,前者主要取决于亲水链段的性质,后者则同时由颜料表面性质和疏水链段的性质来决定。

有机颜料的水润湿性和粒子表面结合能够提供有效位阻作用的分散剂,是控制有机颜料在水性涂料体系中是否易被分散及分散稳定性高低的主要因素。有多种方法可对有机颜料进行表面改性,其中较重要的有等离子体溅射和颜料固溶体方法,表面改性后的颜料易被水性涂料润湿和浸透,既可提高研磨效率,又有利于制备高分散稳定的涂料。

在水性体系中,有机颜料与分散剂之间主要依靠疏水力相结合,虽然酸/碱作用也有利于锚接稳定,但因其在水中易解离,无法占主导地位,只能作为一种补充。通常适用的分散剂应该是在水溶性范围内,疏水性度尽可能高的高分子树脂,水是其余水端的良溶剂,该高分子溶液的第二维利系数大于零,能够提供足够的位阻斥力以保持分散体系的稳定;若亲水端是聚电介质,还可提供一定的电荷斥力,更有利于水性涂料体系的稳定。