第九章-色漆生产工艺课件.ppt
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- 第九 生产工艺 课件
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1、色漆制备过程:配料色漆制备过程:配料预分散预分散研磨分散研磨分散调合调合调色调色(配色配色)过滤包装过滤包装9.1 颜料分散过程颜料分散过程9.2 分散体的稳定分散体的稳定9.3 表面活性剂的作用表面活性剂的作用9.4 聚合物的保护作用与丹尼尔点聚合物的保护作用与丹尼尔点9.5 分散设备分散设备9.6 制备工艺制备工艺9.7 色漆生产质量控制色漆生产质量控制 颜料的分散过程有三个过程:润湿、分散和稳定。颜料的分散过程有三个过程:润湿、分散和稳定。1.1.润湿润湿 颜料表面的水分、空气为溶剂(漆料)所置换称为颜料表面的水分、空气为溶剂(漆料)所置换称为润润湿湿。溶剂型漆的润湿一般容易进行,因为溶
2、剂。溶剂型漆的润湿一般容易进行,因为溶剂(漆料漆料)的表的表面张一般总是低于颜料的表面张力的。但是润湿也要有一面张一般总是低于颜料的表面张力的。但是润湿也要有一个过程,特别是因为颜料是一个聚集体,溶剂需要流入颜个过程,特别是因为颜料是一个聚集体,溶剂需要流入颜料的空隙。当溶剂粘度低时,润湿的速度可以很快。要注料的空隙。当溶剂粘度低时,润湿的速度可以很快。要注意加颜料和溶剂的顺序,要先加溶剂后加颜料。在水性漆意加颜料和溶剂的顺序,要先加溶剂后加颜料。在水性漆中,由于水的表面张力较高,对于有机颜料的润湿便有困中,由于水的表面张力较高,对于有机颜料的润湿便有困难,需要加润湿剂以降低水的表面张力。难,
3、需要加润湿剂以降低水的表面张力。9.1 9.1 颜料的分散过程颜料的分散过程iieVVK1lnln0一个稳定的颜料分散体,应该在存放时不致发生下列三种现象。一个稳定的颜料分散体,应该在存放时不致发生下列三种现象。(1 1)颜料发生沉降;)颜料发生沉降;(2 2)颜料发生过分的絮凝,以致损害流变性和漆膜的表观;)颜料发生过分的絮凝,以致损害流变性和漆膜的表观;(3 3)由于颜料与介质间的物理或化学作用导致体系粘度增加。)由于颜料与介质间的物理或化学作用导致体系粘度增加。9.2.1颜料的沉降颜料的沉降9.2分散体的稳定作用分散体的稳定作用Stoke公式可以描述球形粒子在液体介质中沉降的速度。公式可
4、以描述球形粒子在液体介质中沉降的速度。r为粒为粒子半径,子半径,1为粒子密度,为粒子密度,2为液体密度,为液体密度,为液体粘度,为液体粘度,g为重为重力加速度。尽管颜料的沉降并不完全符合该公式的要求,但可力加速度。尽管颜料的沉降并不完全符合该公式的要求,但可作为讨论的基础作为讨论的基础。(1 1)当颜料吸附有低分子量聚合物或表面活性剂时,粒子的)当颜料吸附有低分子量聚合物或表面活性剂时,粒子的直径会直径会,沉降,沉降 。但同时粒子的密度。但同时粒子的密度,沉降,沉降,后一种,后一种明显。高分子量聚合物时,粒子吸附层更厚,可使沉降速度加明显。高分子量聚合物时,粒子吸附层更厚,可使沉降速度加快,但
5、因为厚的吸附层密度低且具有很好的空间保护效应,防快,但因为厚的吸附层密度低且具有很好的空间保护效应,防止了絮凝,因此可防止沉降,即使有沉降,沉降层很疏松,不止了絮凝,因此可防止沉降,即使有沉降,沉降层很疏松,不致有严重絮凝聚集,经搅拌易于恢复分散状态。致有严重絮凝聚集,经搅拌易于恢复分散状态。防止比重大的颜料沉降的一个方法,便是用表面活性剂处防止比重大的颜料沉降的一个方法,便是用表面活性剂处理,如第八章中介绍的硬脂酸处理的碳酸钙。理,如第八章中介绍的硬脂酸处理的碳酸钙。(2 2)防止沉降的另一个方法是增加介质粘度,这可利用涂料)防止沉降的另一个方法是增加介质粘度,这可利用涂料的的“触变性触变性
6、”取得,即当涂料放置时,粘度很高,可成冻胶状。取得,即当涂料放置时,粘度很高,可成冻胶状。为了使涂料有触变性可在涂料中加入为了使涂料有触变性可在涂料中加入触变剂或增稠剂触变剂或增稠剂,在溶剂,在溶剂型涂料中主要有型涂料中主要有氧化蓖麻油,有机膨润土氧化蓖麻油,有机膨润土(蒙脱土蒙脱土)和醇铝和醇铝等。等。9.2.2颜料的絮凝颜料的絮凝 颜料的粒子在介质中不断的进行布朗运动,亦即热运动,每颜料的粒子在介质中不断的进行布朗运动,亦即热运动,每个粒子具有一定的动能个粒子具有一定的动能,粒子和粒子间不断发生碰撞,如果粒子粒子和粒子间不断发生碰撞,如果粒子的动能可克服粒子间的斥力便可导致相互密切的接触,
7、从而产的动能可克服粒子间的斥力便可导致相互密切的接触,从而产生絮凝。对未稳定的分散体系生絮凝。对未稳定的分散体系絮凝的速度絮凝的速度(以粒子数的半衰期表以粒子数的半衰期表示示)可用下式表示:可用下式表示:02/143kTnt式中,式中,t1/2为粒子数的半衰期,即粒子数减半所需的时间,为粒子数的半衰期,即粒子数减半所需的时间,为为介质粘度,介质粘度,k为波兹曼常数;为波兹曼常数;T为温度;为温度;kT为粒子的平均动能。为粒子的平均动能。n0为起始的粒子数。由式中可以看到,提高粘度可减少絮凝。为起始的粒子数。由式中可以看到,提高粘度可减少絮凝。但实际上,单靠提高粘度并不足以稳定涂料中的分散体,重
8、但实际上,单靠提高粘度并不足以稳定涂料中的分散体,重要的途径是要的途径是防止粒子碰撞过程中的互相接触防止粒子碰撞过程中的互相接触。颜料粒子相互接近时通常有三个主要作用力:色散力、静颜料粒子相互接近时通常有三个主要作用力:色散力、静电力和空间阻力。电力和空间阻力。(1)色散力是色散力是吸引力吸引力;(2)静电力可以是吸引力也可以是排斥力,在涂料分散体中主要静电力可以是吸引力也可以是排斥力,在涂料分散体中主要是是排斥力排斥力;(3)空间阻力总是空间阻力总是排斥力排斥力。这些力的总效应决定吸引或排斥谁占优势,也即决定分散体系这些力的总效应决定吸引或排斥谁占优势,也即决定分散体系是否稳定。分为两种情况
9、:是否稳定。分为两种情况:(1)(1)在水分散体系中通常可以加入表面活性剂或电解质在水分散体系中通常可以加入表面活性剂或电解质(如多聚如多聚磷酸钠或聚丙烯酸铵磷酸钠或聚丙烯酸铵)使粒子表面形成厚的双电层,这样可使粒使粒子表面形成厚的双电层,这样可使粒子间发生较大的排斥力,防止絮凝。子间发生较大的排斥力,防止絮凝。(2)(2)在有机介质中不易形成双电层。在有机介质中不易形成双电层。在有机介质中,粒子表面吸在有机介质中,粒子表面吸附的长链聚合物或表面活性剂主要起空间阻碍作用附的长链聚合物或表面活性剂主要起空间阻碍作用,它们防止,它们防止粒子接近到范德华引力起作用的范围。粒子接近到范德华引力起作用的
10、范围。利用空间阻碍防止絮凝的效应和所用的聚合物或表面活性剂利用空间阻碍防止絮凝的效应和所用的聚合物或表面活性剂及溶剂等有关,吸附层愈厚,分散体系愈稳定。有关聚合物结及溶剂等有关,吸附层愈厚,分散体系愈稳定。有关聚合物结构的影响介绍如下:构的影响介绍如下:(1)分子量:愈大,吸附层愈厚。分子量:愈大,吸附层愈厚。(2)聚合物中的极性基团:不要连续排列,而聚合物中的极性基团:不要连续排列,而要有一定间隔要有一定间隔,这,这样才能形成稳定的厚的保护层。例如高水解度的聚乙烯醇,它样才能形成稳定的厚的保护层。例如高水解度的聚乙烯醇,它的羟基连续分布,因此的分子是平伏在颜料上的,吸附层很薄。的羟基连续分布
11、,因此的分子是平伏在颜料上的,吸附层很薄。如果聚合物分子中只含部分羟基则不同,它在颜料表面形成线如果聚合物分子中只含部分羟基则不同,它在颜料表面形成线团状分布,其空间为溶剂所充满,平均吸附层可很厚。团状分布,其空间为溶剂所充满,平均吸附层可很厚。一般生产中用来做悬浮剂的聚乙烯醇的规格为:一般生产中用来做悬浮剂的聚乙烯醇的规格为:平均聚合度为:平均聚合度为:17002000;平均醇解度为;平均醇解度为75%89%。(3)溶剂:溶剂:良溶剂中粒子吸附的聚合物量小,密度低,而不良溶剂中粒良溶剂中粒子吸附的聚合物量小,密度低,而不良溶剂中粒子上吸附的聚合物密度高,吸附量大。其原因是良溶剂中溶剂子上吸附
12、的聚合物密度高,吸附量大。其原因是良溶剂中溶剂分子和吸附的聚合物相容性好,聚合物脱附容易,而且由于分分子和吸附的聚合物相容性好,聚合物脱附容易,而且由于分子舒展,占有的吸附面积也大。子舒展,占有的吸附面积也大。因此在不良溶剂中颜料分散体比较稳定因此在不良溶剂中颜料分散体比较稳定。如果在分散颜料时如果在分散颜料时使用不良溶剂,在调稀时用良溶剂可导致絮凝,但相反则可防使用不良溶剂,在调稀时用良溶剂可导致絮凝,但相反则可防絮凝。絮凝。9.2.3贮存时粘度上升贮存时粘度上升 如前所述,涂料贮存时,粘度上升的原因主要是存放时发生如前所述,涂料贮存时,粘度上升的原因主要是存放时发生了物理和化学的变化,特别
13、是颜料间的絮凝。主要原因如下:了物理和化学的变化,特别是颜料间的絮凝。主要原因如下:(1)粒子的聚合物吸附层中,低分子量的聚合物所占比例粒子的聚合物吸附层中,低分子量的聚合物所占比例,例如,例如醇酸树脂涂料,由于醇酸树脂涂料,由于低分子量的醇酸树脂具有相对多的极性基团,低分子量的醇酸树脂具有相对多的极性基团,如羰基、羟基等,因此特别容易被吸附如羰基、羟基等,因此特别容易被吸附。低分子的聚合物通常被。低分子的聚合物通常被看作是一种增塑剂或溶剂。内相中低分子量部分看作是一种增塑剂或溶剂。内相中低分子量部分,外相中高分,外相中高分子量部分越来越多子量部分越来越多,导致粘度,导致粘度。(2)酸性介质和
14、碱性颜料酸性介质和碱性颜料(如氧化锌如氧化锌)间的化学反应,粘度可逐渐增间的化学反应,粘度可逐渐增至凝胶。至凝胶。(3)金属颜料金属颜料(如铝粉如铝粉)与酸性介质间的反应,这种反应也导致凝胶。与酸性介质间的反应,这种反应也导致凝胶。(4)多聚磷酸盐多聚磷酸盐M2n+2PnO3n+1(M为一价金属离子,为一价金属离子,n3)不但可作为不但可作为水性涂料的分散剂,也可作为多价金属水性涂料的分散剂,也可作为多价金属(如如Ca等等)的螯合剂,但它的螯合剂,但它易水解为正磷酸盐,失去螫合作用而变成絮凝剂。易水解为正磷酸盐,失去螫合作用而变成絮凝剂。9.3 9.3表面活性剂的作用表面活性剂的作用表面活性剂
15、在颜料分散中的主要用途有如下几个方面;表面活性剂在颜料分散中的主要用途有如下几个方面;(1)(1)润湿作用:主要是因为表面活性剂可以降低介质的表面张润湿作用:主要是因为表面活性剂可以降低介质的表面张力和介质与颜料间的界面张力。力和介质与颜料间的界面张力。(2)(2)稳定作用:增加乳胶粒子和颜料在涂料中的分散稳定性。稳定作用:增加乳胶粒子和颜料在涂料中的分散稳定性。(3)挤水颜料:一般颜料都是由水一颜料体系经过干燥粉碎后得挤水颜料:一般颜料都是由水一颜料体系经过干燥粉碎后得到的。在转变为粉末过程中,粒子会严重的聚集。到的。在转变为粉末过程中,粒子会严重的聚集。在溶剂型涂料制备中,固体颜料要在油中
16、再次研磨分散。为在溶剂型涂料制备中,固体颜料要在油中再次研磨分散。为了免除干燥和粉碎,可直接将水一颜料体系中的颜料转移到油了免除干燥和粉碎,可直接将水一颜料体系中的颜料转移到油中,这不仅可节约能量,而且由于水一颜料体系中颜料凝聚力中,这不仅可节约能量,而且由于水一颜料体系中颜料凝聚力很弱,直接将颜料由水相转至油相,研磨比较容易。很弱,直接将颜料由水相转至油相,研磨比较容易。为了完成这种转移,需要用溶于油的表面活性剂处理水中颜为了完成这种转移,需要用溶于油的表面活性剂处理水中颜料,这样可使料,这样可使颜料具有疏水性从而进入油相颜料具有疏水性从而进入油相。9.4聚合物的保护作用与丹尼尔点聚合物的保
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