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顏料的分散是制備色漆的關(guān)鍵步驟，顏料分散的優(yōu)劣直接影響涂料的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。

    1、顏料的分散過程

    顏料的分散有三個(gè)過程：潤濕、分散和穩(wěn)定。

    ⑴潤濕

    顏料表面的水分、空氣為溶劑（漆料）所置換稱為潤濕。溶劑型漆的潤濕問題不大，因?yàn)槿軇�（漆料）表面張力一般總是低于顏料的表面張力的。但是潤濕要有一個(gè)過程，特別是因?yàn)轭伭鲜且粋�(gè)聚集體，溶劑需要流入顏料的空隙。當(dāng)溶劑粘度低時(shí)，潤濕的速度可以很快。要注意加顏料和溶劑的順序，要先加溶劑后加顏料。在水性漆中，由于水的表面張力較高，對(duì)于有機(jī)顏料的潤濕便有困難，需要加潤濕劑以降低水的表面張力。

    ⑵研磨與分散

    在顏料的制備過程中，顏料的顆粒大小是按規(guī)定要求控制的，但因?yàn)榱Ｗ娱g的范德華力，顏料的微細(xì)粒子會(huì)相互聚集起來，成為聚集體，因此需將它們重新分散開來，這便需要剪切力或撞擊力。涂料中的研磨主要是剪切力。

    在學(xué)習(xí)粘度時(shí)已經(jīng)知道，當(dāng)剪速度（D）一定時(shí)，剪切力（τ）是和粘度（η）成比例的，即：τ＝Dη

    可見粘度高，剪切力大，對(duì)于研磨是有利的，但研磨設(shè)備的電機(jī)的負(fù)荷能力決定了體系的η最高值，因此粘度不能太高。

    潤濕的靠撞擊力分散顏料時(shí)希望要低粘度介質(zhì)（漆料），而研磨時(shí)需要高粘度；為了充分利用分散設(shè)備，則希望每批分散顏料的量大。如何平衡這三種要求呢？根據(jù)門尼公式，在體系中盡量多加顏料少加聚合物，是一個(gè)三全其美的辦法。

    ⑶穩(wěn)定

    顏料分散以后，仍有相互聚集的傾向，即絮凝傾向，為此需要將已分散的粒子穩(wěn)定起來，也就是保護(hù)起來，否則，由于絮凝可引起遮蓋力、著色力等下降，甚至聚結(jié)。要使顏料粒子穩(wěn)定下來，主要可以通過兩種方式：

    ①電荷穩(wěn)定使顏料表面帶電，即在表面形成雙電層，利用相反電荷的排斥力，使粒子保持穩(wěn)定。加一些表面活性劑或無機(jī)分散劑，如多磷酸鹽及羥基胺等，可達(dá)到這一目的。

    ②立體保護(hù)作用立體保護(hù)作用又稱熵保護(hù)作用。顏料表面有一個(gè)吸附層，當(dāng)吸附層達(dá)到一定厚度時(shí)（＞8—9nm），它們相互之間的排斥力可以保護(hù)粒子不致聚集。如果體系中僅有溶劑，因?yàn)槲�附層太薄，排斥力不夠，不能使粒子穩(wěn)定。若在溶劑型漆中加一些長鏈的表面活性劑，表面活性劑的極性基吸附在顏料上，非極性一端向著漆料，可形成一個(gè)較厚的吸附層（8—9nm），但表面活性劑在顏料上只有一個(gè)吸附點(diǎn)，它很容易被溶劑分子頂替下來，如果加一些聚合物，聚合物吸附于顏料粒子表面，可形成厚達(dá)50nm的吸附層，而且聚合物有多個(gè)吸附點(diǎn)，可以此下彼上，不會(huì)脫離顏料，從而可很好地起保護(hù)作用。

    2、分散體的穩(wěn)定作用

    一個(gè)穩(wěn)定的顏料分散體，應(yīng)該在存放時(shí)不致發(fā)生下列三種現(xiàn)象：

    ①顏料發(fā)生沉降；

    ②顏料發(fā)生過分的絮凝，以致?lián)p害流變性和漆膜的表觀；

    ③由于顏料與介質(zhì)間的物理或化學(xué)作用導(dǎo)致體系粘度增加。

    ⑴顏料的沉降

    Stokes公式υ＝2τ2（ρ1－ρ2）g/9η表述了球形粒子在液體介質(zhì)中沉降的速度，式中υ為下落速度，τ為粒子半徑，ρ1為粒子密度，ρ2為液體密度，η為液體粘度，g為重力加速度。盡管顏料的沉降并不完全符合這公式的要求，但可作為討論的基礎(chǔ)。從式中可以看出，υ隨粒子半徑的減少而降低，隨粒子和介質(zhì)的密度差減少而降低，也隨粘度的升高而降低，因此要盡可能用粒子半徑小、密度低的顏料及高粘度的介質(zhì)來防止沉降。、

    當(dāng)顏料吸附有低分子量聚合物或表面活性劑時(shí)，粒子的直徑會(huì)增大，不利于防沉降，但同時(shí)粒子的密度下降，可防止沉降，兩者相比，前面一種效應(yīng)可忽略。當(dāng)用高分子量聚合物時(shí)，粒子吸附層更厚，可使沉降速度加快，但因?yàn)楹竦奈�附層密度低且具有很好的空間保護(hù)效應(yīng)，防止了絮凝，因此可防止沉降，即使有沉降，沉降層很疏松，不致有嚴(yán)重絮凝與聚集，經(jīng)攪拌易于恢復(fù)分散狀態(tài)。防止比重大的顏料沉降的一個(gè)方法，便是用表面活性劑處理，如用硬脂酸處理的碳酸鈣。防止沉降的另一個(gè)方法是增加介質(zhì)粘度，這可利用涂料的“觸變性”取得，即當(dāng)涂料放置時(shí)，粘度很高，可成凍膠狀。為了使涂料有觸變性可在涂料中加入觸變劑或增稠劑，在溶劑型涂料中主要有氫化蓖麻油，有機(jī)膨潤土（蒙脫土）和醇鋁等。

    ⑵顏料的絮凝

    顏料的粒子在介質(zhì)中不斷的進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)，亦即熱運(yùn)動(dòng)，每個(gè)粒子具有一定的動(dòng)能。粒子和粒子間不斷發(fā)生碰撞，如果粒子的動(dòng)能可克服粒子間的斥力便可導(dǎo)致相互密切的接觸，從而產(chǎn)生絮凝。對(duì)未穩(wěn)定的分散體系絮凝的速度（以粒子數(shù)的半衰期表示）可用下面的式子表示：t1/2＝3η/4kTn0式中t1/2為粒子數(shù)的半衰期，即粒子數(shù)減半所需的時(shí)間，η為介質(zhì)粘度，k為波茲曼常數(shù)，T為溫度，kT為粒子的平均動(dòng)能，n0為起始的粒子數(shù)。由式中可以看到，提高粘度可減少絮凝。但實(shí)際上，單靠提高粘度并不足以穩(wěn)定涂料中的分散體，重要的途徑是防止粒子碰撞過程中的互相接觸。

    顏料粒子相互接近時(shí)通常有三個(gè)主要作用力：色散力、靜電力和空間阻力。色散力是吸引力；靜電力可以是吸引力也可以是排斥力，在涂料分散體中主要是排斥力；空間阻力總是排斥力。這些力的總效應(yīng)決定吸引或排斥誰占優(yōu)勢(shì)，也即決定分散體系是否穩(wěn)定。
由以上討論可知，防止絮凝主要是克服色散力（即倫敦-范德華引力），兩粒子間的色散力隨粒子直徑的增加而增大，也隨距離的減少而增大。為了克服色散力的影響，就要增加排斥力，首先是靜電排斥力。靜電力起源于粒子及周圍介質(zhì)的離子分布，若粒子上選擇吸附了負(fù)離子，那么此帶電粒子的周圍的一層溶液會(huì)密集帶正電荷的平衡離子，這便是雙電層，一層位于粒子表面，一層為中和層，存在于擴(kuò)散區(qū)。兩種不相同離子分布的情況產(chǎn)生的靜電位以粒子表面最高，隨著距離的增加而迅速減少。盡管雙電層無明確終點(diǎn)，但由于電位下降極快，所以可把電位降到原值0.7的距離作為它的厚度。增加離子價(jià)或離子濃度可降低厚度，雙電層厚度降低可導(dǎo)致分散穩(wěn)定值下降。在給定的雙電層厚度下，可計(jì)算兩個(gè)帶相同電荷粒子的排斥電位，排斥電位和介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)。如水的介電常數(shù)大于醇酸樹脂的有機(jī)溶液（80：4），因此在假定別的條件不變的情況下，水體系中兩種粒子的排斥力比醇酸體系大20倍以上。就色散力和靜電力的綜合效應(yīng)來看，粒子的距離對(duì)于粒子間的吸引還是排斥是一個(gè)決定因素。當(dāng)粒子互相靠近時(shí)，排斥力逐漸增加，但當(dāng)達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，排斥力迅速下降，再進(jìn)一步接近時(shí)便進(jìn)入吸引區(qū)，吸引力引起絮凝。分散穩(wěn)定性主要取決于是否能夠防止具有高能量粒子因碰撞而進(jìn)入吸引區(qū)。

    在水分散體系中通�？梢约尤氡砻婊钚詣┗螂娊赓|(zhì)（如多聚磷酸鈉或聚丙烯酸銨）使粒子表面形成厚的雙電層，這樣可使粒子間發(fā)生較大的排斥力，防止絮凝。但這種方法在有機(jī)介質(zhì)中不起什么作用。在有機(jī)介質(zhì)中，粒子表面吸附的長鏈聚合物或表面活性主要起空間阻礙作用，它們防止粒子接近蠶桑范德華引力起作用的范圍。

    利用空間阻礙防止絮凝的效應(yīng)，和所用的聚合物或表面活性劑及溶劑等有關(guān)，吸附層愈厚，分散體系愈穩(wěn)定。有關(guān)聚合物結(jié)構(gòu)的影響介紹如下：

    ①分子量愈大，吸附層愈厚。

    ②聚合物中的極性基團(tuán)不要連續(xù)排列，而要有一定間隔，這樣才能形成穩(wěn)定的厚的保護(hù)層。例如高水解度的聚乙烯醇，它的羥基連續(xù)分布，因此它的分子是平伏在顏料上的，吸附層不會(huì)厚。如果聚合物分子中只含部分羥基則不同，它在顏料表面形成線團(tuán)狀分布，其空間為溶劑所充滿，平均吸附層可很厚，所以保護(hù)作用很強(qiáng)。

    ③不良溶劑中的聚合物成卷曲狀，而在良溶劑中成舒展?fàn)�，這使得它們?cè)陬伭仙系奈�附情況不同。良溶劑中粒子吸附的聚合物量小，密度低，而不良溶劑中粒子上吸附的聚合物密度高，吸附量大。其原因是良溶劑中溶劑分子和吸附的聚合物相容性好，聚合物脫附容易，而且由于分子舒展，占有的吸附面積也大。因此在不良溶劑中顏料分散體比較穩(wěn)定。如果在分散顏料時(shí)使用良溶劑，在調(diào)稀時(shí)用不良溶劑可導(dǎo)致絮凝，但相反則可防絮凝。

    ⑶貯存時(shí)粘度上升

    如前所述，涂料貯存時(shí)，粘度上升的原因主要是存放時(shí)發(fā)生了物理和化學(xué)的變化，特別是顏料間的絮凝。主要原因如下：

    ①粒子的聚合物吸附層中，低分子量的聚合物會(huì)愈來愈多，例如醇酸樹脂涂料，由于低分子量的醇酸樹脂具有相對(duì)多的極性基團(tuán)，如羰基、羥基等，因此特別容易被吸附。由于低分子量的聚合物被提取，高分子量的聚合物脫附，因此介質(zhì)粘度會(huì)明顯提高。低分子量的聚合物通常被看作是一種增塑劑或溶劑。

    ②酸性介質(zhì)和堿性顏料（如氧化鋅）間的化學(xué)反應(yīng)，粘度可逐漸增至凝膠。

    ③金屬顏料（如鋁粉）與酸性介質(zhì)間的反應(yīng)，這種反應(yīng)也導(dǎo)致凝膠。

    ④多聚磷酸鹽不但可作為水性涂料的分散劑，也可作為多價(jià)金屬（如Ca等）的螯合劑，但它易水解為正磷酸鹽，失去螯合作用而變成絮凝劑。

    3、表面活性劑的作用

    表面活性劑在顏料分散中的主要用途有如下幾個(gè)方面：

    ⑴潤濕作用：主要是因?yàn)楸砻婊钚詣┛梢越档徒橘|(zhì)的表面張力和介質(zhì)與顏料間的界面張力。

    ⑵穩(wěn)定作用：增加乳膠粒子和顏料在涂料中的分散穩(wěn)定性。乳膠和顏料粒子表面吸附有表面活性劑，便可以取得靜電或（和）立體的穩(wěn)定作用。但這里必須注意，有時(shí)表面活性劑加量不當(dāng)也可能導(dǎo)致絮凝，例如下圖1表示氧化鐵的粒子分散在水中的情況。氧化鐵分散后有了雙電層，此時(shí)加一定量陰離子表面活性劑，由于雙電層被破壞或消弱而能聚集，則可形成親水基朝外的穩(wěn)定的吸附層。

    陰離子和非離子表面活性劑合用往往取得更佳效果，其原因之一也可用下圖1表示。如果全用陰離子表面活性劑，顏料表面上的同性電荷間有一定的排斥力，若用適當(dāng)?shù)姆请x子表面活性劑，可使同性電荷分離，而使保護(hù)層更穩(wěn)定。