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颜料粒子的润湿作用

2017-08-22  来自: 莱州彩之源颜料科技有限公司 浏览次数:194

颜料粒子的润湿作用


颜料在使用介质中的分散过程,可分为三个阶段:润湿、机械力粉碎聚集体、凝聚体以及抗絮凝的稳定作用。因此,颜料粒子可被分散介质所润湿是分散过程首要的步骤。

    固体表面和液体相接触时,原来的固-气界面消失,形成新的固-液界面,这种现象称为润湿作用,通常极性的固体物质容易为极性的液体润湿,凡能被水润湿的固体大多是亲水性的极性物质,反之不能被水润湿的固体则为非极性或极性小的物质。

    永固红F5RK

影响润湿作用的主要因素包括:

1、固体与液体接触界面本身的化学组成,极性及分子排列方式;

2、固体表面的改性处理特性;

3、溶液中添加特定的表面活性剂及固体表面上的吸附作用。

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表示润湿的难易程度,可用液-固界面之间的润湿角或接触角(θ)作为尺度,当θ>90º时,认为固体表面不被该液体润湿,若θ<90º,则能被润湿。即润湿角越小,润湿效果越好;润湿角越大,特别是接近180 º时,颜料难以被润湿。当液体置于颜料粒子表面上,各个界面的作用力如图14-1所示。

14-1.png

在图14-1中,γs为固体(颜料粒子)表面张力;γL为液体表面张力;γsL为固体与液体的界面之间的作用力。当上述三个作用力的合力将液珠拉向左方时,水珠扩散,则颜料表面被润湿;反之液珠收缩,不易为之润湿;反之液珠收缩,不易为之润湿,水滴静止时存在如下关系式:

γs=γLcosθ+γsL

润湿角(θ)与各作用力的关系为:

cosθ=(γs-γsL)/γL

式中γs由颜料粒子表面特性所决定,可以通过特定的合成工艺进行表面改性,如用表面活性剂或其他物质进行表面改性;或者是加入表面活性剂,在固-液界面上定向吸附,降低表面张力,为满足上式关系,必须减少θ值,增强润湿性能。

实际上由于粉状颜料试样较难直接测定其润湿角,因此可以将试样均匀的装在玻璃管中并置于确定的分散介质中,测定时间t内颜料分散液体上升高度Ι,应用Washburn关系公式计算出θ值,公式如下:

Ι²/t=(γ/K²)γ·cosθ 2η

式中  γ——液体表面张力;

          η——介质粘度;

       γ/K²——试样填充常数(可用已知γ、η的液体在同一试管中测试tΙ值而计算出);

γ·cosθ——粘附张力。

可见在t时间内分散介质浸透距离越长,即粘附张力值大,颜料的润湿性越好,表示颜料粒子在研磨过程中表面空气越易被驱除,分散效果越好。

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表14-2是用上式计算测定的金红石型TiO2的粘附力与达到规定粒子细度所必需的研磨时间。

数据表明二氧化钛在5%异构橡胶及5%醇酸树脂作为分散介质时,其润湿性 佳,研磨粒子直径达到Hegman细度计为5级时只需≤2h时,具有较好的易分散性能。

表14-2 粘附张力与易分散性能(TiO2)

溶液

粘附张力

(γ·cosθ)

需要的研磨时间(h)

Hegman细度计(3级)

Hegman细度计(5级)

5%异构化橡胶溶液

21.9

0.9

2.0

5%醇酸树脂溶液

16.3

1.0

1.7

10%醇酸树脂溶液

14.4

1.7

2.5

10%异构化橡胶溶液

12.3

2.0

4.0

评定颜料表面润湿性能的另一种方法是Zisman提出的临界界面张力γc。这是一种经验计算方法,可以采用各种已知表面张力(γL)的液体,求出在颜料固体表面上的接触角(θ),再根据γL值与cosθ之间存在线性关系,将所得直线延长至与cosθ=1的交点处,求出临界表面张力γc值。

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    Buechlcr等人曾对未经表面处理的β-CuPc(P.B.15:3)、甲苯胺红(P.R.3)及硫化绿等颜料,用3.4kg/cm²(333.4kPa)压力制成平板,以不同比列的C2H5OH/H2O为测定液,按上述方法测定其临界表面张力,结果如图14-2所示。14-2.png

经过计算,酞菁蓝、甲苯胺红及硫化绿的临界表面张力(γc)分别为3.13、2.75及2.47×10-4N/cm,可以认为它们对于分散介质的润湿性是比较差的。

颜料在介质中的润湿性与分散介质的性质有关,为改进其润湿性或者选择适宜的分散介质,或者是对颜料粒子实施物理或化学的表面处理,以使颜料粒子表面与介质之间具有良好地匹配性。如在亲水性颜料粒子表面形成疏水性单分子吸附层,或在疏水性颜料粒子表面上形成亲水性的吸附层,以适应疏水性及亲水性分散介质。

颜料粉末在分散介质中的润湿作用是空气-颜料界面转变为介质溶液-颜料新界面的过程。颜料的润湿是重要的开始步骤,目的是使颜料粒子表面上吸附的空气逐渐的被分散介质所取代,影响颜料粒子润湿性能有多种因素,良好的润湿性能可以使颜料粒子迅速的与分散介质相互接触,有助于粒子的粉碎。

颜料粒子聚集体通过粉碎可以使其粒径减小,通过砂磨机、球磨机或高速捣碎机等机械作用(如剪切力、压碾等),将颜料粒子粉碎,使聚集体粒子直径大小分布呈“种型”曲线。为获得良好地颜料应用特性,应力求减少过大或过小的粒子,缩短“钟型”的尾巴,即粒径分布尽量集中在一个较窄的范围内。同时随着颜料粒子被粉碎为更小的粒子,更大的表面积暴露在分散介质中,此时新生额粒子表面要求被介质湿润,分散介质连接料数量将相对减少,分散体系的粘度相对的增加,导致剪切力加大,这有助于提高研磨效率。当然,如果生产厂提供易分散型颜料或实施了特定的表面处理,无疑可以使细微粒子在特定的介质中稳定下来,为了获得良好的稳定效果,在粉碎过程中要求每一个新形成的粒子表面(暴露在分散体系中)能迅速被介质润湿,即被分散介质格力,以防止再重新生成较大的粒子。

    如果介质对新形成的粒子表面润湿时间远比未被润湿的表面相接触所需的时间短,则可以导致完全润湿而使粒子被介质分开;否则因粒子碰撞机会更大,很快相接触,在完全润湿之前有可能重新聚集起来。




关键词: 颜料   粒子   润湿   作用