红色和黄色铁氧化物分散剂技术| 2016-06-01 | PCI杂志

色素集中一直是一个现代和灵活的方法生产彩色颜料。尤其在水性应用程序中,这些集中必须适合广泛的不同的粘结剂技术。因此,绑定的浓缩配方通常是免费的,提供了一个广泛的兼容性。此外,储存稳定性的要求而言,颜色强度和成本效率非常高。这些要求是直接添加剂技术解决。预计添加剂提供杰出的粘度降低以达到高色素载荷和最经济的磨。它必须稳定粘度长期和发展最大的颜色强度,避免未充分使用任何昂贵的颜料。铁氧化物时最重要的色素类装饰涂料。铁氧化物的困难在于形状和不润湿的色素。氧化铁黄往往给膨胀变形的流变学,这可以是一个灾难当自动定量配料机。 On the other hand, iron oxide red tends to increase in viscosity over time in pigment concentrates.

本文解释了不同结构的润湿和分散添加剂可用于水性,binder-free氧化铁颜料集中。色素的稳定性和润湿集中将反映的粘度降低,储存稳定性对各种色彩和处理属性。电动电势是用于描述润湿行为和分散效率。制定指南将提供氧化铁颜料。

颜料浓缩技术

颜料分散的过程是最重要的一步生产彩色涂层。水性装饰漆,油漆通常是由白色基地直接磨,和颜色定制使用色素集中。这些色素集中通常binder-free提供更好的兼容性描绘在各种不同的基地。氧化铁颜料的第二大集团是在装饰涂料,与第一被二氧化钛。大量的色素精矿生产氧化铁红和黄色。这些是用于内部着色以及大型着色机在销售点。

氧化铁颜料的生产集中的目标是实现最大色素荷载减少努力生产。最大的挑战是在液相稳定色素,从而实现良好的长期稳定而不沉淀。颜料分散和稳定是几乎不可能没有合适的润湿和分散添加剂。铁氧化物有非常高的密度,所以实现良好稳定在一个较高的色素荷载是很困难的。这是一个艰苦的工作,但它有利于集中有一个低粘度和自由流动色素。

第一步:颜料润湿

颜料分散可以分解为三个连续步骤:润湿、分散和稳定。分散过程的第一步是润湿液体的颜料。合适的润湿的颜料是至关重要的是均匀地分布在液体中。空气被困在色素必须清除和颜料粒子必须完全封闭的液体介质。¹所描述的年轻方程(方程1),颜料表面的润湿液体,液体的表面张力必须低于颜料的表面能。¹液体表面张力较低的尿色素比高表面张力。因此,促进润湿的添加剂主要是降低液体的表面张力。

Y_年代= Y_sl+ Y_l•cosΘ

(1)

第二步:色素分散

现在颜料润湿,下一步颜料分散的过程。分散过程的目标是实现很小的粒子尺寸大的表面积。这导致颜色强度高,遮盖力好。添加剂降低了色素颗粒之间的范德华相互作用,作为回报,这降低了millbase的粘度。²这允许加载高色素。

在分散过程中,色素聚集机械分解成基本粒子和小骨料。能源需要分解聚合和聚集。驱散聚集,增加表面积(dA),能源输入(dW)是必需的(公式2)。¹这种能量正比于表面张力(Y),表面张力越小,表面积越大将一定量的能源。²

dW = Y•达

(2)

第三步:稳定

在分散过程中下一步是稳定色素。稳定的固体颗粒是把所有的能力在一定距离内固体颗粒分离,停止聚集,聚集和会员企业。固体颗粒在液体会晃来晃去,根据布朗运动相互碰撞。如果这些粒子不稳定会re-agglomerate和絮凝。达到一个好的稳定的颜料、润湿和分散添加剂表面吸附色素。因此,添加剂必须有锚组与高亲和力的颜料表面。氧化铁颜料的添加剂应该亲和组织能够建立氢键或取向与颜料的表面。好最合适的官能团吸附在铁氧化物是羟基、羰基、羧基组。

色素的稳定性可以通过以下机制(图1):

静电稳定;
空间稳定;
Electrosteric稳定。

静电稳定和电动电势

最重要的稳定因素水性配方是静电排斥。最理想的情况是当润湿和分散添加剂吸附在颜料表面解离成阴离子和阳离子部分。阳离子反离子形成一个移动扩散云在颜料粒子,导致静电双层。¹与一个强大的双层,排斥主导和色散是稳定的。

静电稳定可以量化电动电势,z,这是一个衡量潜在的在一个分散的剪切层。第一个与负电荷吸附层生成的润湿和分散添加剂,但不是整个颜料粒子的电荷补偿。第二个层与扩散电荷分布是建立主要与反离子。两层代表双电层,称为离子云。³

电动电势测量,因为表面可能不能直接确定。在这种情况下,粒子的迁移速度在评估一个电场。当静电带电粒子在电场时,他们把离子云的一部分。较高的离子颜料表面的距离,较低的颜料表面的相互作用。³

松散扩散层剪掉,和潜在的剪切面称为电动电势。电动电势越高,越稳定的色素(图2)。随着电动电势趋于0,粒子结块的趋势增加。

电动电势不描述空间稳定,这是另一种水性配方的重要机制。空间稳定不是通过离子,因此可能无法衡量。

空间稳定

与静电稳定相比,聚合物侧链对于空间稳定是必要的。侧链的添加颜料表面和吸附的添加剂。颜料颗粒相互接近时,聚合物侧链减少流动性和低熵。

稳定的一个重要因素是减少色素粒子之间的相互作用,否则会导致絮凝(图3)。这些交互也限制粒子的运动和粘度。越稳定,越低的交互,因此粘度越低。

Electrosteric稳定

润湿和分散添加剂有复杂的需求,因此,结合静电和立体稳定有时是有用的。这个机制被称为electrosteric稳定。Electrosteric添加剂有能力实现高稳定性和耐久性的要求。

Electrosteric添加剂防止色素颗粒相互接近“控制絮凝”(图4)。添加剂的分子相互作用和颜料表面,形成一个三维网络。¹浮动的颜料颜料流动的结果不同。electrosteric稳定,色素结合会员相同的颜色,防止漂浮在色散。

结果与讨论

水性的典型配方binder-free色素主要为氧化铁黄和氧化铁红是用来准备不同的色素集中(表1和2)。三个不同的聚丙烯酸盐,一个高聚合物添加剂和添加剂进行了测试。

粒子大小和遮盖力

颜料粒子的遮盖力由光散射粒径有关。无机颜料显示最大的光散射粒径一半散射光的波长(l / 2)(图5)。

准备的着色剂与苯丙乳液。支取黑白图的准备。遮盖力是由测量之间的△E值在白色和黑色提取提取(表3)。△E值越低,遮盖力越高。用动态光散射粒度分布测量由MicroTrack(微波)。用新的添加剂,氧化铁黄的粒子大小接近最优(l / 2)。颗粒大小,遮盖力可以达到最高。

粘度和稳定性

色素集中的粘度测量24小时后准备(图6)。一个锥板流变仪是用来测量。未来的工作包括粘度数据在两个星期在烤箱50°C。

聚丙烯酸酯添加剂与黄氧化铁表现出有用的结果开始。高分子添加剂和新添加剂与黄色氧化表现出很强的粘度降低。更加多样化的结果被发现红色的氧化铁。只有一个的聚丙烯酸酯添加剂可以实现可加工的粘度。新聚合物添加剂实现更低的粘度。

电动电势

电动电势测量在5%的颜料浆。相应的添加剂是直到达成一个常数电动电势滴定。最高的影响可以看到电动电势与添加剂添加0.5%固体颜料。电动电势最低的是通过酯复合物,这反映出最强的稳定是静电化学来完成。正如所料,高聚合物添加剂对电动电势几乎没有影响。这类添加剂不提供任何静电稳定。新添加剂有电动电势酯复合物和聚合物添加剂(图7和8)。

电动电势是不够足以解释结果完全由测量粘度和稳定性。电动电势不给信息的空间稳定色素粒子。提供空间稳定实益有助于性能,结果可以解释如下(图9和图10)。稳定氧化铁粒子,一定量的稳定能源是必要的。在某些情况下,静电能量不能稳定色素。有时有必要额外空间稳定。