颜料分散体的稳定作用

1、颜料分散体的稳定作用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：颜料发生沉降；颜料发生过分的絮凝，以致损害流变性和漆膜的表观；由于颜料与介质间的物理或化学作用导致体系粘度增加。颜料的沉降Stokes公式u =2t 2 （p 1 p 2） g/9q表述了球形粒子在液体介质中沉降的速度， 式中u为下落速度，t为粒子半径，p 1为粒子密度，p 2为液体密度，n为液体粘度，g 为重力加速度。尽管颜料的沉降并不完全符合这公式的要求，但可作为讨论的基础。从式中 可以看出，u随粒子半径的减少而降低，随粒子和介质的密度差减少而降低，也随粘度的 升高而降低，因此要尽可能用粒子半径小、密度低的颜料及高

2、粘度的介质来防止沉降。、当颜料吸附有低分子量聚合物或表面活性剂时，粒子的直径会增大，不利于防沉降，但 同时粒子的密度下降，可防止沉降，两者相比，前面一种效应可忽略。当用高分子量聚合物 时，粒子吸附层更厚，可使沉降速度加快，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，不致有严重絮凝与聚集， 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理，如 用硬脂酸处理的碳酸钙。防止沉降的另一个方法是增加介质粘度，这可利用涂料的“触变性” 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触变 剂

3、或增稠剂，在溶剂型涂料中主要有氢化蓖麻油，有机膨润土（蒙脱土）和醇铝等。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絮凝的速度（以粒子数的半衰期表示）可用下面的式子 表示：t1/2 = 3n /4kTn0式中tl/2为粒子数的半衰期，即粒子数减半所需的时间，n为介 质粘度，k为波兹曼常数，T为温度，kT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。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

4、是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、静电力和空间阻力。色散力是吸 引力；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排斥力；空间阻力总是 排斥力。这些力的总效应决定吸引或排斥谁占优势，也即决定分散体系是否稳定。由以上讨论可知，防止絮凝主要是克服色散力（即伦敦-范德华引力），两粒子间的色 散力随粒子直径的增加而增大，也随距离的减少而增大。为了克服色散力的影响，就要增加 排斥力，首先是静电排斥力。静电力起源于粒子及周围介质的离子分布，若粒子上选择吸附 了负离子，那么此带电粒子的周围的一层溶液会密集带正电荷的平衡离子，这便是双电层， 一层位于粒子

5、表面，一层为中和层，存在于扩散区。两种不相同离子分布的情况产生的静电 位以粒子表面最高，随着距离的增加而迅速减少。尽管双电层无明确终点，但由于电位下降 极快，所以可把电位降到原值0.7的距离作为它的厚度。增加离子价或离子浓度可降低厚度， 双电层厚度降低可导致分散稳定值下降。在给定的双电层厚度下，可计算两个带相同电荷粒 子的排斥电位，排斥电位和介质的介电常数有关。如水的介电常数大于醇酸树脂的有机溶液 （80： 4），因此在假定别的条件不变的情况下，水体系中两种粒子的排斥力比醇酸体系大 20倍以上。就色散力和静电力的综合效应来看，粒子的距离对于粒子间的吸引还是排斥是 一个决定因素。当粒子互相靠近时

6、，排斥力逐渐增加，但当达到最高点时，排斥力迅速下降， 再进一步接近时便进入吸引区，吸引力引起絮凝。分散稳定性主要取决于是否能够防止具有 高能量粒子因碰撞而进入吸引区。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，这样可使粒子间发生较大的排斥力，防止絮凝。但这种方法在有机 介质中不起什么作用。在有机介质中，粒子表面吸附的长链聚合物或表面活性主要起空间阻 碍作用，它们防止粒子接近蚕桑范德华引力起作用的范围。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：分子量愈大，

7、吸附层愈厚。聚合物中的极性基团不要连续排列，而要有一定间隔，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，它的羟基连续分布，因此它的分子是平伏在颜料上的，吸附 层不会厚。如果聚合物分子中只含部分羟基则不同，它在晨光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，所以保护作用很强。不良溶剂中的聚合物成卷曲状，而在良溶剂中成舒展状，这使得它们在颜料上的吸附 情况不同。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。因此在不良溶剂中颜料分散体比较稳定。如果在 分散颜料时使用良溶剂，在调稀时用不良溶剂可导致絮凝，但相反则可防絮凝。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了物理和化学的变化，特别 是颜料间的絮凝。主要原因如下：粒子的聚合物吸附层中，低分子量的聚合物会愈来愈多，例如醇酸树脂涂料，由于低 分子量的醇酸树脂具有相对多的极性基团，如羰基、羟基等，因此特别容易被吸附。由于低 分子量的聚合物被提取，高分子量的聚合物脱附，因此介质粘度会明显提高。低分子量的聚 合物通常被看作是一种增塑剂或溶剂。酸