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氧化炭黑在水性色浆中应用

作者:admin日期:2020-10-15阅读
炭黑原生粒子表面积大,粒径较小,结构性高,因此很容易发生团聚生成较大的颗粒,很难稳定分散于各种体系中,在水溶液体系中尤甚,使炭黑的应用存在缺陷。随着整个社会对的逐渐重视,应用在水性涂料和水性油墨等水性体系中的炭黑颜料越来越受人们的重视。制备水性炭黑色浆的前提是炭黑良好的亲水性,获得稳定性高的的水性炭黑分散体系,因此对炭黑在水性体系中的分散稳定性是炭黑及其下游行业研究的重点。
 
本论文一章己经概述了炭黑的水性分散体系的四种制备方法。其中,氧化改性法在工业生产中的使用率是高的,用此方法能增加炭黑表面的含氧基团,对炭黑分散性起到了的效果,但是由于炭黑表面的空间位阻斥力小,所W不够稳定;接枝改性法的炭黑虽然表面的聚合物有长链,可W提供足够大的空间位阻斥力,能获得稳定的水性分散体系,可是接枝改性法对炭黑的要求很离,工艺条件苛刻,很难在工业普遍应用;表面包覆法虽然和炭黑的品种无关,但其步骤也是其复杂,不适用于工业生产;直接分散法因操作简单、条件容易控制、产品重现性好而广泛的应用,不过要求选择合适的机械分散方式和分散剂才能获得稳定的分散液。四种方法各有优点,但是也有较大的局限性,为了能获得的水性分散体系,本文将氧化改进法和直接分散法相结合,W氧化后的炭黑为原料,与分散剂、润湿剂、消泡剂、剂和去离子水按比例混合后,
在立式砂磨机中研磨分散来制取水性色浆。

实验原理
本文采用的是氧化改进法和直接分散法相结合的方法来制备炭黑水性色浆。氧化后的炭黑表层的含氧官能团増加、润湿性改善,再结合机械分散的方法,让炭黑的二次结构破裂成更小的粒子后能更有效地让分散剂链接在炭黑的表层,分散后的炭黑粒子再次聚集。
水性色浆是W水为介质添加表面活性剂研磨分散而成的颜填料浆。炭黑水性色浆主要是通过研磨设备和添加助剂使炭黑分散在水溶液中,这需要经过H个过程:
1)润湿
炭黑表面的空气被研磨介质的液体所取代,于是,固/气(颜料/空气)界面转变为固/液(颜料/研磨介质)界面;
2)分散
炭黑聚集体被输入的打开,用研磨设各可W达到机械分离,输入的大小和持续时间是使每个颜料初级粒子完全分离的主要因素;
3)稳定
在分散阶段所取得的炭黑初级粒子的分离的保持和长期控制。润湿剂和分散剂在整个过程协助了润湿和分散W及溶液的分散稳定的作用。

实法
水性色浆中含有炭黑和分散剂,还要添加消泡剂、流变剂、防沉剂、防腐剂和保湿剂等助剂。好的色浆应做到不沉淀、絮凝,为了降成本,应该尽量提高色浆中炭黑的含量,但同时也要保证色浆不会发生沉淀、絮凝,浮色、发花等现象。本文主要工作是水性炭黑色浆的研究开发,主要用到分散剂,润湿剂和消泡剂,至于其他助剂需等到产品化后进一步研究,所W本文并没有涉及。为制备炭黑水性色浆,需要选择合适的分散剂,本定性确定实验中使用的分散剂来自3个厂家,共5个品种,基准炭黑是BH-1炭黑,炭黑含量统一为30%,立式砂磨机的研磨时间、电机转速和珠液比均一致,实验制得的色浆加入纯丙帰酸树脂后利用徐膜器在测试卡纸上制各200微米的涂膜,观察涂膜的平整性。
4.3.3
将一定量的炭黑、分散剂HY2200、涧湿剂HY1600、去离子水配合相应比例的二氧化锆珠子,加入到立式砂磨机内进行研磨,改变研磨时间,炭黑的品种和含量,测试炭黑性能的变化。

实验参数
装填系数50%
炭黑的质量百分比30%、35%、40%锆珠与溶液质量比1.5:1HY2200质量百分比(相对于炭黑)10%、15%、25%、35%HY1600质量百分比(相对于炭黑)2%电机转速1500r/min研磨时间1-8h
4.4水性色浆巧能的表征旅
在定量确定方案之前,需要有可靠的测试分析技术,在应用领域,水性色浆测
试分析项目包括:色浆的细度、色浆的pH值、色浆电导率和色浆的冲淡着色力等。
水性色浆的冲淡着色为是黑色色浆与白浆混合后的着色力,对下游产品涂料的光泽
度、黑度有直接的影响,因此本文确定用色浆冲淡着色力值来表征炭黑水性色浆的性能。
具体测试方法如下:
取钛白粉含量20%左右的乳胶漆1化与水性色浆质量为化Ig,在瓷巧巧中经过充分揽拌混合后,利用涂布器在测试卡纸上制备200微米的涂膜,涂膜风干后,在测色仪上测试着色力值。

分散剂的选择
基于空间位阻稳定机理,分散剂的分子结构一般可W分为两个部分,一部分为锚式基团,常见的有:-NR2,-N+R3,-C00H,-C00-,-S03H等性基团。这些基团可W利用各种键力和范德华力吸附在颜料的表面。而另一部分为溶剂化链,它们的碳链很长,形
成了有力的空间位阻。所W炭黑分散剂必须要带有炭黑的亲和基团,这类分散剂既能吸附炭黒,又能在水中的伸展,吸附层既牢固又厚实,有利于水性体系的分散。
而另一种助剂润湿剂配合分散剂在炭黑分散过程中起着重要作用,它不但要具有较炭黑的表面张力的作用,它本身分子结构对炭黑有着好亲和性降体系的粘度。润湿剂在其中起到一个带领分散剂进入微粒的各个缝隙之中,让分散剂使所有微粒分隔开来
采用不同分散剂制备的水性色浆涂膜照片
绝大部分文献认为非离子型、阴离子型分散剂对炭黑的分散是十分有效的,在工业应用中也为广泛。本实验选用的阴离子型分散剂有:WinSperse4050、WinSperse4040(亚甲基双甲基糞横酸盐,维波斯新材料有限公司)、HD-18(碱木质素横酸钢,无锡斯盟达化工有限公司),非离子型分散剂有:HY2200、HY2100(壬基苯酶聚氧乙稀趟,北京麦尔化工有限公司)。图4.1(a)是分散剂WinSperse4050含量10%、WinSperse4040含量10%制备的色浆的涂膜,图4.1(b)是分散剂HD-18含量5%,乳化剂3%,乙二醇4%制备的色浆的涂膜。图4.1(C)是分散剂HY2200含量10%、润湿剂HY1600含量2%W及分散剂HY2100含量10%、润湿剂HY1600含量2%制备的水性色浆的涂膜。结果如上图所示,分散剂WinSperse4050、WinSperse4040、HD-18和HY2100制备的水性色浆涂膜表面有较多的未分散的炭黑粒子,而HY2200制备的水性色浆涂膜表面光滑,另外通过观察长时间的静置色浆底部絮凝情况,发现HY2200制备的色浆底部基本无沉淀絮凝,通过其他品种炭黑也出现类似的实验结果,因此本实验使用北京麦尔化工的分散剂HY2200和润湿剂HY1600。