概述

    水性納米色漿是通過先進的技術、精密的設備及合理的控制將普通顏料離子納米化或通過納米材料與普通顏料適當復合達到水性化和漿料化，使其具有量子尺效應、表面效應、宏觀粒子隧道相應、介電限域效應等納米離子的特殊效應。納米超微粉碎技術用于水性色漿的制備，可使顏料分散體的粒徑變小，粒徑分布變窄，可改善色漿的著色強度、色光、抗紫外線、透明性、抗菌防霉及狀態穩定性等，有些色漿還具有普通顏料無法比擬的分散性。例如氧化鐵紅的超微細化消除了由磁性吸引力而引起的絮凝現象，因而易分散，由優良的抗絮凝性。

    目前色漿的生產大體可分為有樹脂和無樹脂二種體系。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。近年來隨著各種添加劑特別是超分散劑技術的發展，色漿的生產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， 有時甚至會因為兼容性而無法使用， 而無樹脂體系應用更加廣泛， 適用于絕大多數涂料體系。其次， 無樹脂體系色漿通常濃度更高， 具有更好的性價比。另外在生產工藝上也更適合研磨工藝， 能制備濃度更高、細度更細的產品。

    分散劑的選擇

    顏料的分散是色漿生產的關鍵， 每種顏料都有相應的HLB值， 選擇分散劑的關鍵是選擇與顏料HLB值相匹配的分散劑。由于顏料特別是有機顏料特殊的表面性能， 傳統的潤濕分散劑對某些有機顏料的分散效果不是很理想甚至很差， 主要是由于分散劑分子中親水基團對極性較低的顏料顆粒表面結合力不強， 容易脫離， 導致顏料粒子重新絮凝； 同時親油基團不具備足夠的碳鏈長度， 不能產生足夠的空間位阻效應， 因此不能使顏料分散體系穩定存在。這種情況下， 選擇超分散劑是比較有效的方法。超分散劑的分子結構主要分為2個部分， 其中一部分為錨定基團， 常見的有： - NR2、- NR3、- COOH、- COO- 和- SO3H等基團。這些極性基團通過離子鍵、氫鍵以及范德華力等作用能緊密吸附于顏料顆粒表面。同時另一部分為溶劑化鏈， 具有足夠的碳鏈長度， 以產生有效的空間位阻。

    第一，溶劑化鏈段部分的重要性。DISUPER S19和DISUPER S29（核心化學超分散劑系列）引入了多嵌段結構，使其在不同樹脂體系如：單組份PUD，雙組份PUD,苯丙、純丙、水性環氧以及水性聚酯中都有良好的相容性。當溶劑化鏈段在體系中順利舒展時才能使納米粒子足夠穩定的存在。這樣顏料的色彩也可以被展現到極限。第二、多種錨定基團也很重要，對顏料吸附能力強，包裹性好，可有效防止浮色。與微米態時相比當顏料處于納米態時，需要更強的錨定作用和很強的選擇性吸附，DISUPER 19和DISUPER 29采用了不同的錨定基團，所以在納米狀態是，DISUPER S19對碳黑和酞氰類顏料穩定性較好；然而DISUPER S29 對有機紅和有機黃穩定性較好。光澤也可以被提到很高，一般雙組份90度以上，單組份80度以上。

    實驗部分

    色漿制備：

    根據以上配方，把配置好的半成品和研磨珠加入納米研磨機，研磨4h，然后過濾的色漿。測試細度粘度等性能。

    備注：分別用S19、S29、S19N（新版S19）、S29N（新版S29）、美國XXX171和XXXX4585對比分散國產特黑1號，R122紅、B15:3藍和Y155紅，分散劑：炭黑=1:1，其余分散劑：色粉=1:2

    結果與討論

    分散劑的選擇：

    從上表可以看出分散劑降粘都差不多，但是開稀儲存后S19N和S29N最穩定，粘度基本沒有上升。S19N和S29N的粒徑最低。

    各色漿分別用水性樹脂開稀后刮板觀察色相，對比后得出如下結論。S19和S19N在分散黑色和酞青藍表現最佳，而S29和S29N則在分散有機紅、有機黃顏料中表現最優異。美國XXX 171在各方面表現都比較適中，但含有APEO被淘汰，德國XXXX4585分散顏料著色力都比S19和S29差，比S19N和S29N更差些。

    分散劑的選擇是很重要的，其首要條件是使顏料被分散介質潤濕，是分散劑吸附在粒子表面，降低表面自由能。加入分散劑，能使顏料粒子充分潤濕，進而就易分散。所以在使用顏料作色漿時，最關鍵的是要加入一定量的分散劑逐步研磨，打破顏料締合的二次結構，如果沒有分散劑的作用，將不會形成相對穩定的色漿體系。

    其他助劑的選擇

    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， 在調配深色涂料中有可能因為色漿加量大而造成漆膜出現油縮等現象。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， 在低剪切速率狀態下建立觸變結構。這種結構是疏松的網絡結構， 稍受剪切力就會破壞， 黏度變小。剪切力撤去， 又恢復原有結構， 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。色漿在調色過程中， 需要經常露置于空氣中， 這樣容易造成表面結皮。為改善這一現象， 可在色漿中添加保濕劑。考慮到保濕效果和環保因素， 可選擇丙二醇等溶劑， 添加量一般在1%-5%。

    總之， 好的色漿應做到不沉淀、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， 不會產生浮色、發花現象； 生產過程應簡便、經濟， 重現性好， 批次穩定。

    分散劑的影響

    水性色漿是一個熱力學不穩定體系，隨著時間的推移，已分散的顏料初級粒子在范德華力、靜電力和空間位阻力的綜合作用下，會相互吸引逐漸形成聚集體或聚結體。根據stoke公式可知，顏料粒子的沉降速度與顏料粒徑的平方成正比，粒徑增大，沉降會加劇，穩定性降低。使顏料粒子充分潤濕并穩定地分散在體系定； 有較好的流動性， 便于使用， 環保性優異， 不會對健康造成危害。

    分散劑用量對色漿的分散穩定性有重要的影響，用量過少，顏料的潤濕和分散不夠充分，必然導致色漿的穩定性降低；用量過多，過量的分散劑會在顏料粒子間“架橋”而重新導致絮凝，引起體系穩定性的下降。超分散劑分子量都比較大，含有多種錨定基團和溶劑化鏈段，相容性好，光澤高，但由于分子量太大，對顏料的潤濕性會差，建議跟中小分子量的分散劑配合使用，提高潤濕性。例如：DISUPER S21（核心化學通用品系列）與高分子量的DISUPER S19和S29配合使用，可以顯著提高顏料潤濕性。添加了DISUPER S21后表征粘度也會同時降低；著色力和展色性都有顯著提高，特別是高溫熱儲的穩定性被大幅提高！

    耐水性的改善。當漆膜固化后由于分散劑的雙親性，會造成耐水性變差。這樣我們不得不引入憎水基團，平衡好親水與憎水官能團的數量變得尤為重要。當親水性好時，展色性好；而憎水性好時，耐水性好。這只能取其最佳配比！DISUPER S19和DISUPER S29 特殊的結構設計使其具有良好的穩定性和展色性，還具有良好的耐水性。

    總結

    分散劑的選擇是通過大量的實驗來確定的，并不是一蹴而就，運用丹尼爾流動點這一經典理論來選擇分散劑具有一定的參考性。在水性納米無樹脂色漿生產中選擇高分子量的DISUPER S19和DISUPER S29，配合LP211（潤濕劑）使用，可以最大限度地提高生產效率、產品性能和納米色漿的儲存穩定性。涂料配方是一個變量很多的的復雜體系，分散劑的傳統篩選方法存在偏差和不固定性在所難免。現代科學的制漆手段和分散劑的應用機理，還有大量的理論是實踐問題有待進行深入細微的試驗研究工作。

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責任編輯：王元

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