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如何確定顏料和填料的最佳分散劑用量

配方設計師可以使用多種不同的分散劑化學(xué)成分，有些分散劑在水性或非水性體系中分散特定顏料的效果要比其他分散劑好得多，由于完全覆蓋顏料或填料表面所需的分散劑用量各不相同，本文將介紹如何優(yōu)化合適分散劑的用量。這取決于所選用的特定分散劑，以及表面積、表面能、吸收動(dòng)力學(xué)和其他配方特性的變化。完全覆蓋主顆粒表面至關(guān)重要，因為這將優(yōu)化顏料的穩定性和性能。

在水性顏料漿中，分散劑的最佳用量比較容易確定，它依賴(lài)于當顏料表面完全被覆蓋時(shí)粘度達到最低這一事實(shí)。常用的測試方法如下：

方法A - 所需分散劑的近似測量方法

1、制備顏料漿--顏料含量要足夠高，以便在沒(méi)有分散劑的情況下混合后得到漿狀顏料。通常情況下，有機顏料的添加量為30wt.%，無(wú)機顏料的添加量為55wt.%。

使用溶解劑（或同類(lèi)分散劑）的分散時(shí)間約為30分鐘。

2、添加分散劑和測定粘度 - 將分散劑分次加入攪拌好的顏料漿中，添加和混合后，使用Brookfield粘度計或錐板系統在低剪切速率下測量粘度。

然后加入分散劑，直至粘度達到最小值，由此可觀(guān)察到兩條典型的粘度曲線(xiàn)（圖1），曲線(xiàn)1是典型的無(wú)機顏料傳統潤濕劑和分散劑，如聚磷酸鹽和聚羧酸。曲線(xiàn)2通常出現在其他類(lèi)型的聚合物分散劑中。

圖1

在顏料漿中加入聚合物分散劑后，粘度會(huì )降到最低，不同類(lèi)型的分散劑會(huì )產(chǎn)生不同的曲線(xiàn)，最佳分散劑用量是達到粘度最小值的點(diǎn)。

一般來(lái)說(shuō)，這種實(shí)驗方法確定的分散劑用量太少。這是因為由于分散過(guò)程中添加的分散劑量太少，因此無(wú)法達到最佳研磨度。停止分散后立即開(kāi)始重新聚集，沒(méi)有足夠的分散劑來(lái)穩定顏料顆粒，即在停止分散和測量粘度之間會(huì )發(fā)生變化。如果將操作步驟改為以下方法，就可以證明這一點(diǎn)。

方法B - 確定穩定顏料漿所需的最佳分散劑用量

1、用玻璃球在振蕩混合器中分散顏料漿。

2、加入分散劑，直至達到最低粘度，繼續分散約10分鐘。在許多情況下，粘度會(huì )再次上升，因此需要向漿料中添加更多的分散劑，該過(guò)程一直持續到粘度明顯降低為止。

對于聚合物分散劑而言，粘度降低曲線(xiàn)如圖2所示。
 

圖 2

當分散劑不足時(shí)，在去除剪切力后會(huì )立即開(kāi)始團聚，使用方法B（而不是方法A）將有助于您確定所需的正確分散劑添加量。

每次添加分散劑后，粘度值都會(huì )降至最低，但分散時(shí)間延長(cháng)后，粘度值又會(huì )回升，可逐步降低粘度，直至觀(guān)察到粘度不再增加。通過(guò)此方法獲得的分散劑用量并不代表所獲得的粒度、防止再聚集的穩定性以及顏料表面吸附分散劑的穩定性。

測試分散體的質(zhì)量

有許多測試方法可用于確定分散體質(zhì)量的不同方面。在下面的方法中，我們將介紹如何制備待測試的分散體：

1、確定分散劑需求量，按照上述方法B計算所需分散劑的準確用量。

2、制備顏料漿，使用正確量的分散劑制備顏料漿。此外在配制色漿時(shí)，分散劑的用量要比最佳用量少10%和多10%，這有助于證實(shí)最佳用量是根據方法B確定的。

分散在搖動(dòng)混合器或砂磨機上進(jìn)行，比較樣品時(shí)應始終使用相同的設備和步驟。顏料膏與玻璃球的比例=1:1.5。分散時(shí)間=40-60 分鐘。加入較高濃度的持久性消泡劑（0.5-1.0%），可確保氣泡不會(huì )干擾后續測量。（表1）列出了漿料成分，注意某些類(lèi)型的分散劑可能需要調整PH值。

表1. 為隨后的分散質(zhì)量測試而配制的顏料漿的成分。

研磨后，用制備好的錫膏對透明漆進(jìn)行著(zhù)色，然后涂在干凈的玻璃板上，顏料與粘合劑固體的比例如下：

• 無(wú)機顏料 = 20-30%。

• 有機顏料 = 10-15%。

• 炭黑 = 5-10%。

3、分散體的評估，（表2）中的下列測試方法可用于確定和比較分散劑和分散體的質(zhì)量。

表2. 確定顏料或填料分散體質(zhì)量的測試方法。

分散質(zhì)量如何影響擦拭和透明度的示例如（圖3）所示。

圖3.分散劑類(lèi)型、上樣量和分散方案對擦拭測試和透明度測量有巨大影響