分散劑在乳膠漆中的應(yīng)用

1、164中國(guó)建鞏涂料發(fā)展戰(zhàn)略與技術(shù)硏討會(huì)論文集分散劑在乳膠漆中的應(yīng)用范曉玲1 v Michael Schmitt2, Thomas Staffe卩(1.徳國(guó)貝克吉利尼化學(xué)有限公司上海代表處;2.BK Giulini Cbemie GmbH & Co., OHG)1. 前吝分散是乳膠漆生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通常是在機(jī)械力作用下利用分散劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的它可以分為三個(gè)基本步 «:(1)利用潤(rùn)濕介質(zhì)(水)來(lái)潤(rùn)濕顔/填料；(2)用高速分散機(jī)或研磨設(shè)備,通過(guò)機(jī)械剪切的方式將顏/填料 顆粒研磨分散到介質(zhì)中；(3)利用分散劑的作用來(lái)穩(wěn)定顏/填料懸浮態(tài)。分散過(guò)程將直接夠響涂料的許多關(guān) 鍵性能，如:希度、貯存

2、穩(wěn)定性和固含量等。因此選擇恰當(dāng)?shù)姆稚┦欠浅Ｑ?。常用的分散剤都是由?些聚合物組成，主要有兩種類(lèi)型：聚丙烯酸鹽類(lèi)和聚磷酸鹽類(lèi)。本文將從所使用分散劑官能團(tuán)的不同，來(lái)介 紹分散劑的制備和使用。2. 分散劑的制備和性能2.1聚磷酸鹽分散劑聚磷酸鹽分散劑的制備和性能將正璘酸鹽加熱到400T,發(fā)生縮聚反應(yīng)c當(dāng)水分子蕪發(fā)后，正磷酸鹽單體反應(yīng)生成聚合物分子。聚 磷酸鹽常常以一卜一煙連接，示意如下：反應(yīng)條件不同，鏈長(zhǎng)11可以從2到lO0Oo聚合物鏈長(zhǎng)決定了它的性能，工亞用產(chǎn)品鏈長(zhǎng)一般為n = 50,主要是水溶性磷酸鈉鹽。表一是不同鏈長(zhǎng)璘酸鹽的F2O5的含量。隸1不同槎謨確酸鹽的PgQ的含軽長(zhǎng)n名稱(chēng)PS含量

3、1正磷酸鹽43%2二碑酸鹽53%2三穴酸払58%4-10低聚碑酸歓60-64%> 10多聚硯酸鹽6670%聚磷酸鹽通過(guò)其在水溶液中的水解以及與多價(jià)金屬離子的絡(luò)合作用來(lái)體現(xiàn)其性能。水解與絡(luò)合的具體步驟為：A：聚磷酸鹽在水中溶斛形成聚陰離子。00 00 0 01II111II-opC1>-0pO- - P0-P0-P一O + 3Na*Na 00 Na ONa0 0 0B：與多價(jià)金屬離子絡(luò)合B國(guó)建舷財(cái)發(fā)展戰(zhàn)塔與技術(shù)硏討會(huì)論文集J65oooooooo7 6 5 4 3 2 1OL/6 三宮 uenb££dso£d348> 100聚陰離子能與多價(jià)離子反應(yīng)生

4、成復(fù)雜的化合物利用它對(duì)鈣離子的絡(luò)合作用，可以用來(lái)軟化水o 女【I:鈣離子或鐵離子000000gIIIIIII0P O_ 0P0 0P0P-0PO IIIIII00oox0z0'cf：' 洛/ ©聚璘酸鹽的絡(luò)合力與疑合度有關(guān)，長(zhǎng)鏈璘酸鹽比短鏈磷酸鹽（鑄長(zhǎng)2、3、4）的絡(luò)合力強(qiáng)，從（圖1）可以看 岀，鏈長(zhǎng)工6時(shí)絡(luò)合力最佳。80 cCjlckim binrtirg c*5$vt polyphoopnale (r Qi0q<i"Lr1 :(uI he complex nt rituurrt i»rvs fKMr»Hlei wilh 10MH

5、>0B國(guó)建舷財(cái)發(fā)展戰(zhàn)塔與技術(shù)硏討會(huì)論文集J65Cham lengthffll uraft絡(luò)合力與璉長(zhǎng)n的關(guān)黑n>6時(shí)絡(luò)合力最佳聚璘酸鹽分骸劑的分散作用在涂料生產(chǎn)過(guò)趨中，由于顏料顆粒表面與水之問(wèn)不能完全潤(rùn)濕而會(huì)形成團(tuán)聚，引起粘度升高。加入墩磷 酸鹽分散劑后，通過(guò)水解產(chǎn)生聚陰離子，聚陰離子覆蓋在初級(jí)顆粒的表面形成同性電荷層。在初級(jí)顆粒之間 的靜電斥力和分散機(jī)的機(jī)械剪切力作用下，初級(jí)顆粒均勻分布在介質(zhì)中，便黏度降低。同時(shí),初級(jí)籲粒之間 的靜電斥力有利于涂料懸浮態(tài)穩(wěn)定。分散作用與聚合度有關(guān)，通過(guò)對(duì)不同鏈長(zhǎng)隣酸鹽分散效果的評(píng)價(jià)（圖2可知，隨聚合度增加分散效果 隨之增加；當(dāng)鏈長(zhǎng)n為6-10時(shí)，

6、分散效果量佳;鏈長(zhǎng)it超過(guò)20以后分傲作用反而會(huì)有所下降。807060uomeALLI5040302010234820 >1000B國(guó)建舷財(cái)發(fā)展戰(zhàn)塔與技術(shù)硏討會(huì)論文集J65Chain length圖2長(zhǎng)對(duì)分?jǐn)承Ч牟蔖0建筑涂料發(fā)展戰(zhàn)賂與技術(shù)硏討會(huì)論文集167166H3cCH CHjCH-COO- coo-國(guó)建笊涂料友展戰(zhàn)昭與狡術(shù)研討會(huì)論文集綜合考慮聚礦酸鹽的分散與絡(luò)合作用后 M3所示鏈長(zhǎng)n = 6-10（紅色方框內(nèi)）時(shí)聚磷酸鹽同時(shí)具 有眾佳的分散、絡(luò)合能力，BK公司聚璘酸鹽分散劑POLYRON N就在此范國(guó)。（：# lotionCa bonding?0Chain leng0B3不同鏈長(zhǎng)

7、的KHABt鹽的分?jǐn)撑c絡(luò)合作用2.2聚丙烯酸鹽分散劑聚丙烯酸鹽分敞劑的制備和性能首先采用丙烯酸單體通過(guò)聚合反應(yīng)生成聚丙烯酸，然后用NdOH、KOH或NH4OH中和生成相應(yīng)的鈉鹽、 鉀鹽或餃鹽。聚丙烯酸鈉鹽分?jǐn)硠┳顬槌Ｓ茫郾┧徕淃}、錢(qián)鹽分散劑則不常用。聚丙烯酸鹽通過(guò)其在水溶蔽中的水解以及與多價(jià)金屬離子的絡(luò)合作用來(lái)體現(xiàn)其性能。水解與絡(luò)合的具 體步驟與聚磷酸鹽相類(lèi)似。分子it小于20000的聚丙烯酸鹽分?jǐn)承潭寄苋苡谒纬删坳庪x子。聚丙烯酸鹽形成的聚陰離子同樣能與多價(jià)金屬離子絡(luò)合但絡(luò)合能力沒(méi)有聚磷酸鹽 分散劑那樣強(qiáng)。HjC嚴(yán)-憑一產(chǎn)一比一嚴(yán) coo； jcoo- coo-Ca2*聚丙烯酸鹽的分散

8、作用A. 分子與分散作用分散作用與聚丙烯酸鹽分散劑分子U有關(guān)。實(shí)驗(yàn)中選取了分子蜃Mw分別為1500、 4000和8000的三種聚丙烯酸鹽分散劑作分散效果比較結(jié)果如圖4所示?？梢韵５椒肿恿吭叫?，分散效果 越好。以分子* Mw= 1500時(shí)的分骸效果量佳。B. 分子量與上存穢定性通過(guò)對(duì)不同分子it策丙烯酸鹽分散劑及英與聚瞬酸鹽分散劑配合使用時(shí)的貯存穩(wěn)定性的比較（圖5）, 可以看到:分子量越大，貯存穩(wěn)定性越好;與聚磷酸鹽分散劑配合使用時(shí)，即使在50弋貯存三周，涂料黏度也 沒(méi)有明且變化。所以在涂料生產(chǎn)中，兩種物質(zhì)不能互相替代,必須配合俊用，才有協(xié)同作用。與多聚瞬酸鹽 配合使用時(shí)，聚丙烯酸鹽分散刑的分子

9、蒐在4000時(shí)效果最佳,BK公司丙烯酸鹽分散刑Lopon890分子量為 4000。C. 聚磷酸鹽分散劑與聚丙烯酸鹽的區(qū)別兩種分散劑明顯的區(qū)別在于:溶解吸附到顏料顆粒表面所需時(shí)間不同。磷酸鹽分散劑比丙烯酸鹽快很 多。利用聚決酸笛的這一性能，町應(yīng)用在短時(shí)間內(nèi)需達(dá)到最佳分散效果的全自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程。ViBCMlty InmP«s8000700Q«000600040003000200010000Addition od dteprsru (In %) rvfxred to pigment)圖4不同分子的聚丙熠酸益加入對(duì)涂科序度的影響圖5釆用不同分做劑的涂料的貯存定性3涂料生產(chǎn)中聚磷酸鹽與

10、Jt丙烯酸鹽的協(xié)同作用聚磷酸鹽與聚丙烯酸鹽分散劑配合使用時(shí)，有協(xié)同作用。聚磷酸鹽具有強(qiáng)極性，能迅速覆蓋顏料粒子表 面產(chǎn)生髙電荷密度起靜電穩(wěn)定的作用°嚴(yán)確鹽靜電n足示僵圖聚丙烯酸極性相對(duì)較小，覆蓋顏料表面所產(chǎn)生的電荷密度少。但它附看在顆粒表面起著緩沖作用，在較 粒之間形成空間位阻，起到位阻穩(wěn)定的作用。16«中國(guó)建筑涂料發(fā)展戰(zhàn)略與技術(shù)研討會(huì)論文奏JR丙甥酸的位阻珀定作用示倉(cāng)圈但聚丙烯酸的分子結(jié)構(gòu)使得它容易在單個(gè)顏料顆粒間產(chǎn)生橋連作用。因此，如果涂料中只使用聚丙烯 酸鹽分散劑，仍有可能形成團(tuán)聚。當(dāng)聚丙烯酸鹽分散劑與聚磷酸鹽分散劑配合使用時(shí),強(qiáng)極性聚碑酸鹽在顆粒表面形成的高電荷密度

11、可 以防止單個(gè)顏料顆粒之間的橋連。此時(shí)，靜電穩(wěn)定和位阻穩(wěn)定協(xié)同作用而使涂料同時(shí)具有很好的分散性和 匕存稔定性。就稱(chēng)鹽和聚丙帰越鹽協(xié)同作用形成的靜電位阻庠示僵EE實(shí)際生產(chǎn)中，常常采用聚磷酸鹽與聚丙烯敵鹽分散射配合使用的方法，這樣可獲得最佳的分?jǐn)承Ч?。?傲刑推薦用量為：聚磷酸鹽0.1%40.25%»丙烯敵鹽（對(duì)St個(gè)配方），對(duì)不同配方的涂料體系，最佳的配比 還需經(jīng)實(shí)駿獲得。涂料的貯存穩(wěn)定性、耐洗刷性是分散劑的關(guān)儀評(píng)價(jià)指標(biāo)。乳膠漆生產(chǎn)中，一般采用中等鏈長(zhǎng)（6-10）的聚磷酸鹽分散劑，如BK公司POLYRON N。因?yàn)橹恍杼砑?少酸鹽分散劑即可達(dá)到最佳分敬效杲。聚丙烯酸鹽分散劑的分子董在4

12、000左右時(shí)分?jǐn)承Ч詈?，如Lopon890分子誼。通過(guò)對(duì)不同聚丙烯酸鹽 分散劑與聚磷酸鹽分槪劑配合使用時(shí)貯存穩(wěn)定性的比較可以看到；即使在50七貯存三周，涂料黏度也沒(méi)有 變化。如果不加聚磷酸鹽分敬劑，只使用聚丙烯酸鹽分散劑，黏度會(huì)明顯增加（圖5）,說(shuō)明二者配合使用時(shí) 貯存穩(wěn)定性最好。4.結(jié)論實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際使用情況來(lái)證實(shí)，在涂料生產(chǎn)中可以采用聚磷酸埜與聚丙烯酸鹽分散劑配合使 用的方法。中尊鏈長(zhǎng)聚硯酸鹽分散M（n = 6-10）在中性涂料（分散體涂料和有機(jī)硅樹(shù)貼涂料）中應(yīng)用廣泛； 短鏈確酸鹽（n = 2-3）主要用在堿性系統(tǒng)（硅酸鹽涂料。聚丙烯酸鹽分散劑雖是離子型，但它對(duì)系統(tǒng)極性增 加不大，

13、聚丙烯酸鹽分?jǐn)?shù)劑的分子童以3000 - 5000為宜。BK Gulmi公司的聚硯酸鈉鹽分散劑Polymn N的 鏈長(zhǎng)為6 - 10,具有最佳的分散、絡(luò)合力;聚丙烯酸鹽分散劑L>pan890的分子量為4000它與PJyron N配合使 用時(shí)，分散能力與貯存穩(wěn)定性最佳。一個(gè)最佳涂料配方，需要在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)原材料性能及添加對(duì)配方中的分散劑量酌情 增減。這樣既可獲得高品質(zhì)涂料，同時(shí)又滿(mǎn)足遮蓋力、叱存穩(wěn)定性、耐枕刷等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。*5 齊嚴(yán)：='sF = 科 >tU3t-4twi«VMB«ivt.»a»«r mi»

14、9?'>-»'»»»«ia«v »rv«««»«-/r»< »<inwxwvti*i«wmmb»* 9 Bia* V!八 f lAtiWi J Ms ««MflM4OTYN»* mv* 9HMMNMMM iMflRMMMBMM "x tfMUWWW*. *M *VttilMMMR> »:r _-：-<,= 、. t < / WMW*WM

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