涂料生产和色漆的制备课件.ppt

第五章 涂料生产和色漆的制备 涂料生产是把树脂加入溶剂制成漆料，然后再用漆料配成清漆或色漆。 色漆是把颜料稳定地分散于漆料中的涂料，是涂料中生产量最大、品种最多的产品。 标准配方 涂料的标准配方如上表所示， 列出实际生产的涂料中所含有的各个成分的配方就是涂料的标准配方。 在投入生产时，还需根据所选色漆生产工艺的不同，再拟订一个生产配方。 §5.2 颜料的分散及稳定 为什么颜料要分散？ 大多数颜料是从水中沉淀制备出来的。在干燥期间，颜料粒子凝集胶结在一起，形成聚集体粉末。 颜料颗粒的粒径通常为5nm～1μm。 聚集体是由几万或几十万这样的颗粒组成，粒径可达100μm以上。 生产涂料时，需要把这些聚集体分散成其原有粒度，制成稳定的分散体。 颜料分散的过程 颜料的分散经过：润湿、分散和稳定。 （1）润湿 颜料表面的水分、空气被漆料置换，并在颜料表面形成新包覆膜的过程，称为润湿。 润湿时首先要求溶剂渗入颜料聚集体中去，这需要时间。 粘度大的漆料润湿聚集体内部需要时间越长。 润湿需要的时间要长，漆料的粘度要低。 润湿方法： 预混合好的漆浆通常在搅拌下升温到50℃后，静置过夜。 次日，再进行研磨分散，就能使颜料颗粒表面充分润湿。 （2）研磨与分散 颜料的颗粒大小是按规定要求生产的，但因形成聚集体，需重新分散开。 涂料中主要使用剪切力来分散。 剪切速度是由研磨设备的机械设计决定的。 剪切速度一定时，剪切力和粘度成正比。 粘度高，剪切力大，对研磨有利的。 为了以最快速度分离聚集体，研磨料要调整到较高的黏度，尽量达到最大剪切应力。 润湿时希望漆料的粘度低，而研磨时需要高粘度。 为满足这两个要求，可以多加颜料、少加聚合物。 研磨时对新生表面润湿速度须大于分离速度，否则，已分离的又重新聚集。 研磨是色漆生产中能量消耗最大的工序。每吨磁漆需要电能100～500kWh。 高效研磨设备的要求： ⑴ 研磨时间短； ⑵ 漆浆能达到稳定的分散状态，颜料能发挥最佳性能。 2分散体系的稳定 絮凝是颜料分散后的再聚集。絮凝的涂料当受弱的外力作用时，颜料聚集体破裂；外力停止作用，聚集体立即或稍迟恢复原状。 从兼顾涂料各个方面性能的角度出发，希望涂料处于轻微的絮凝状态。 分散稳定的机理 颜料分散以后，仍有絮凝倾向，为此需要将已分散了的粒子保护起来，使分散体稳定。 采用的机理为电荷相斥和熵相斥。 电荷相斥机理 水作介质时，聚合物颗粒表面吸附阴离子表面活性剂。 亲油的碳氢链端在聚合物上取向，亲水的盐基团在颗粒外围，与水缔合。 这样，颗粒的表面就覆盖阴离子。 阴离子外又缔合着阳离子。 这些阳离子的行为犹如颗粒的一部分，又吸引阴离子，形成扩散层。 当两个颗粒相互接近，阴离子的扩散层相互排斥，就稳定了分散体。 一些表面活性剂或无机分散剂（多磷酸盐及羟基胺等），能使颜料表面带上电荷，来稳定颜料颗粒。 盐影响扩散层的稳定性，在乳液聚合中用去离子水。 水性分散体系主要靠电荷的稳定作用。 熵相斥 熵相斥又称位阻相斥和渗透相斥。 溶剂型涂料因为有机溶剂的极性较弱，分散的颜料颗粒主要靠熵相斥来稳定。 颜料表面吸附树脂和溶剂，形成一个树脂和溶剂的吸附层。 当吸附层达到一定厚度 (大于8～9nm)时，它们相互之间的排斥力可保护颜料粒子不聚集。 当两个颗粒相互接近时，吸附层压缩使体系的无规性减少。 溶剂在吸附层中本来是平衡的，将溶剂逐出也导致熵的降低。 抗拒熵的降低就导致两个颗粒相斥，故称之为熵相斥。 压缩吸附层时，吸附层中的溶剂减少，而溶剂又有回复到平衡浓度的倾向，因此，称为渗透相斥。 吸附层足够厚，吸附层阻挡颗粒不能相互接近，以防絮凝，故称位阻相斥。 溶剂型涂料的稳定作用 树脂中的极性基团（如—COOH、—OH等）吸附在颜料表面，形成大于一定厚度的吸附层时，才起稳定作用。 树脂带大量极性基团，吸附点太多，吸附层就薄。 极性基团少，极性基团间较长的链段可以被溶剂溶胀，伸出颜料表面，吸附层就厚。 极性基团间的链段与溶剂相互作用越强，吸附溶剂越多，吸附层就越厚。 树脂分子量增大，吸附层就厚。树脂中最高分子量组分是会被选择吸附。 双酚A环氧树脂的MEK溶液中分散TiO2的吸附层厚度随着环氧树脂分子量的增大，可从7nm增大到25nm。 树脂和溶剂在颜料表面吸附存在竞争。 当树脂浓度足够高时，吸附的是被溶剂溶胀的树脂。 在较低浓度，树脂和溶剂都吸附，所以吸附层平均厚度不足以防止絮凝。 硝基纤维素、聚氨酯和酚氧树脂（高分子量环氧树脂）在磁性氧化铁颜料上的吸附时，用甲苯作溶剂比四氢呋喃更有利。 四氢呋喃与颜料表面相互作用强而甲苯与树脂的作用弱，影响树脂吸附层的厚度。 大多常规溶剂型涂料用树脂（常规醇酸、聚酯和