涂料、油墨制造時(shí)首要任務(wù)就是顏料分散。當(dāng)我們了解了顏料和分散劑的特性后，就可以篩選合適的分散劑進(jìn)行測(cè)試比較。但是，如何評(píng)估分散劑對(duì)該顏料及該樹(shù)脂體系中的好壞呢？本文詳細(xì)介紹了分散劑篩選的相關(guān)手段和方法。1    分散劑初步篩選

在選擇分散劑時(shí)，我們必須要根據(jù)體系極性選擇合適極性范圍的分散劑，并根據(jù)使用顏料的種類和要求選擇錨定基團(tuán)的種類和數(shù)量。也要根據(jù)配方設(shè)計(jì)方案來(lái)決定如何選擇分散劑，如厚漿型或非厚漿型；混色研磨還是單色研磨；通用色漿還是專用色漿等，可能要采用不同類型的分散劑。

使用高分子型分散劑時(shí)，還需要注意分散劑必須與樹(shù)脂基料相容，如果相容性不佳，分散劑鏈段纏繞，其錨定基團(tuán)難以吸附到顏料表面，并且空間位阻作用喪失，對(duì)顏料的分散穩(wěn)定效果變差。測(cè)試分散劑與樹(shù)脂之間的相容性時(shí)，可取透明容器，將8份樹(shù)脂混入2份助劑，用手工攪拌混合均勻（也可加入適量溶劑），觀測(cè)其混合液是否清澈透明，是否凝膠；把混合液滴在聚酯塑料膜片上攤平，自干或烘干觀察漆膜的透明性。筆者在篩選分散劑時(shí)，相容性不好而分散效果很好的實(shí)例，在高分子型分散劑中幾乎沒(méi)有碰到。

在初步篩選分散劑時(shí)，還要注意分散劑與樹(shù)脂之間有無(wú)反應(yīng)性，這通常為大家所忽略。有些分散劑如高分子酰胺型分散劑會(huì)與樹(shù)脂如某些樹(shù)脂如環(huán)氧樹(shù)脂產(chǎn)生反應(yīng)，從而影響色漿的貯存穩(wěn)定性。如圖1所示，分散劑A及B均與環(huán)氧樹(shù)脂E44產(chǎn)生反應(yīng)，顏色由淡黃變?yōu)樯钏{(lán)色。分散劑C與D甚至與環(huán)氧樹(shù)脂E44產(chǎn)生了固化而喪失了流動(dòng)性。

 

有幾個(gè)簡(jiǎn)單的方法，可以初步判斷分散劑在該體系中的表現(xiàn)。如采用重力沉降法初篩分散劑，可將顏料、分散劑、樹(shù)脂稀溶液簡(jiǎn)單高攪后觀察沉降速度，懸浮情況等；沉降越慢的分散劑可能越適用。降粘能力測(cè)試法則是測(cè)量不同分散劑對(duì)同樣顏料樹(shù)脂漿高速攪拌后的粘度降低情況，每添加一次測(cè)一次粘度，粘度越低的分散劑可能越適用（受控絮凝類分散劑除外）。采用丹尼爾流動(dòng)法初步篩選分散劑，濕流點(diǎn)差越小的分散劑越適用。

2    分散劑添加順序和添加量

要使分散劑更好地發(fā)揮作用，應(yīng)當(dāng)讓分散劑與顏料表面有大的接觸機(jī)會(huì)。在研磨漿中樹(shù)脂的添加量不宜過(guò)多，以免樹(shù)脂占據(jù)了顏料更多的表面。一般控制在研磨漿的10%左右為宜。另外還要注意添加順序：先將分散劑加到溶劑中，攪拌均勻后添加顏料，并攪拌5-10分鐘，使分散劑潤(rùn)濕顏料表面，后添加樹(shù)脂液。這些都是為分散劑的錨固基團(tuán)吸附到顏料表面創(chuàng)造條件，使助劑在沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)的情況下附接在顏料表面。但分散劑在后添加時(shí)也起作用，例如后添加受控絮凝型分散劑，可以在調(diào)漆完成后有效地矯正浮色發(fā)花問(wèn)題。并不是所有的分散劑都適用于后添加，通常來(lái)說(shuō)，后添加時(shí)需要較大的用量。

分散劑的添加量，不同的廠家有不同的推薦。通常來(lái)說(shuō)，基于低分子量聚合物的常規(guī)型潤(rùn)濕分散劑對(duì)無(wú)機(jī)顏料的用量為0.5-2.0%，對(duì)有機(jī)顏料的用量為1.0-5.0%。高分子量分散劑的用量當(dāng)然要高得多，通常的推薦是對(duì)無(wú)機(jī)顏料的典型用量為1-10%，對(duì)有機(jī)顏料是10-30%，對(duì)非常細(xì)顆粒的顏料（如某些碳黑）用量為60-80%。但這種方法比較籠統(tǒng)，并且不一定準(zhǔn)確。例如同為紅色顏料的PR170和PR177，前者（以Novoperm Red F3RK70為例）的BET（比表面積）值為19，而后者（以Cromophtal Red A3B為例）的比表面積值為113，兩種顏料的粒徑相差很大，這從分散后的透明度也可以看出（F3RK有遮蓋力，而A3B的透明度非常優(yōu)異），如果采用相同添加量的分散劑，肯定是不合適的。所以，巴斯夫、深竹化工等都推薦按照顏料的吸油量、BET值或DBP（碳黑的吸油量值）來(lái)計(jì)算，相對(duì)更準(zhǔn)確些（見(jiàn)表1）。

表1分散劑固體相對(duì)于顏料表面積/吸油量的重量百分比

 

顏料種類 分散劑推薦添加量

無(wú)機(jī)顏料 8-10% 按吸油值

有機(jī)顏料 20-30% 按 BET 值 (蘭、綠、紫色)

30-50% 按 BET 值 (紅、橙,、黃色)

炭黑 20% 按 DBP 值（中、低色素碳黑）

35% 按 DBP 值 (高色素炭黑)

消光粉 2-10%按消光粉質(zhì)量

例如，在羥基丙烯酸樹(shù)脂體系中分散FW200碳黑（高色素碳黑，DBP值為150），顏料在色漿中的添加量為2.5%，采用有效份為50%的SN-1064分散劑，其推薦的分散劑用量為：【（顏料添加量）×150（顏料DBP值）×35%（針對(duì)顏料DBP值的分散劑推薦添加量）】÷【50%（分散劑固含）】=2.63(%)

采用梯度測(cè)試，即按照不同添加量的分散劑進(jìn)行色漿研磨，并評(píng)估研磨漿的性能，綜合考慮性價(jià)比，可以確定分散的合適添加量。

3    研磨漿的試驗(yàn)方法

對(duì)細(xì)度能達(dá)到要求的研磨漿，需作流涂試驗(yàn)、指研實(shí)驗(yàn)，著色力對(duì)比及粘度或流變曲線的測(cè)定，針對(duì)部分涂料，可能還需要增加外觀、過(guò)度稀釋、過(guò)度分散、冷熱貯藏等測(cè)試，才能判斷出研磨漿是否適合要求。

3.1        細(xì)度、粒徑分布及研磨效率的測(cè)試

通過(guò)觀察不同的研磨時(shí)間，研磨漿的細(xì)度或粒徑分布，可以評(píng)判分散劑的分散效率。我們希望在短的時(shí)間內(nèi)能得到細(xì)度合格的研磨漿，這樣可以提高研磨效率，降低能耗及生產(chǎn)成本。

3.2        流涂試驗(yàn)（Pour out）

將研磨好的色漆或色漿加入樹(shù)脂及稀釋劑調(diào)整到施工粘度或比施工粘度更低的粘度，慢速攪拌均勻，用300目篩網(wǎng)過(guò)濾后，流涂在透明的PET膜上，干燥后觀察透明度或遮蓋力、光澤或霧影、絮凝狀況、是否起粒、展色力等。

3.3        指研試驗(yàn)（Rub out）

將研磨好的色漆或色漿(白色除外)加入白漆及樹(shù)脂液（清漆），攪拌均勻并過(guò)濾后，用100μm的線棒刮涂在黑白卡紙上，涂膜半干后輕輕指研漆膜，直至漆膜近似表干。觀察和測(cè)量指研區(qū)域和其他區(qū)域的顏色變化（可以用灰卡或測(cè)△E來(lái)進(jìn)行評(píng)級(jí)和比較）。顏色變化小的分散劑體系通常是受歡迎的。

3.4        外觀測(cè)試

兩種以上顏料的混合漿，可以觀察罐內(nèi)外觀（配好的涂料混合均勻后，立即觀察其表面的浮色發(fā)花狀態(tài)）、攪拌后的外觀（配好的涂料用調(diào)刀攪拌均勻后，讓油漆順調(diào)刀滴下，觀察油漆滴下后表面浮色發(fā)花的狀態(tài)）及靜置后的外觀（配好的涂料混合均勻后，靜置一段時(shí)間觀察其表面的浮色發(fā)花狀態(tài)）。

3.5        涂膜試驗(yàn)

用100μm的自動(dòng)涂膜儀在PET膜或黑白卡紙上涂膜，烘干或自干后檢測(cè)。評(píng)估流平、光澤或霧影、透明度或遮蓋力、飽和度和色相（黑色及白色可評(píng)估黑度及白度等）。

當(dāng)顏料分散到約為可光見(jiàn)波段的一半的時(shí)候，可以得到高的遮蓋力。有機(jī)顏料的原生粒徑通常比較小，故研磨分散效果越好，會(huì)顯示出好的透明度。而大部分無(wú)機(jī)顏料的粒徑比較大，分散穩(wěn)定效果越好，會(huì)顯示出更好的遮蓋力。顏料粒子的顆粒大小也會(huì)影響到光的折射和衍射，從而對(duì)色漿的飽和度及色相產(chǎn)生影響。

3.6        著色力對(duì)比

按20：1鈦白沖淡（鈦白粉對(duì)顏料的比例）后攪拌均勻，在黑白卡紙上涂布并采用分光光度儀測(cè)量，比較著色力。著色力越高，分散的效果越好。

3.7        粘度或流變曲線測(cè)試

采用粘度計(jì)或流變儀對(duì)色漿的粘度或流變曲線進(jìn)行評(píng)估。通常對(duì)于解絮凝類的分散劑而言，降粘效果越好，分散的效果越好。

3.8        色漿的貯藏穩(wěn)定性測(cè)試

將色漿置于50℃～60℃烘箱中放置15天（熱貯藏穩(wěn)定性）或置于-50℃冰箱中放置10天后再進(jìn)行評(píng)估，比較流涂、指研、著色力對(duì)比、流變曲線的變化等。

通過(guò)對(duì)分散劑的類型及結(jié)構(gòu)、分散劑對(duì)顏料的錨固及穩(wěn)定基理的了解，我們可以就不同的涂料體系篩選合適的分散劑，例如無(wú)機(jī)顏料，可以選擇離子型、單點(diǎn)錨固基團(tuán)的分散劑，具有更高的性價(jià)比。有機(jī)顏料或炭黑可以選擇多點(diǎn)錨固的陽(yáng)離子型潤(rùn)濕分散劑或高分子型超分散劑或受控自由基型超分散劑等。