鈷藍(lán)在弱溶劑體系中的分散穩(wěn)定性研究
分類:技術(shù)文檔 來源: 發(fā)布時(shí)間:2022-03-31
湖南巨發(fā)生產(chǎn)的環(huán)保型彩色混相無機(jī)顏料享譽(yù)國內(nèi)外,在環(huán)保無機(jī)顏料領(lǐng)域現(xiàn)已尊處國內(nèi)第一品牌地位,國內(nèi)外許多專家學(xué)者都在使用湖南巨發(fā)的環(huán)保無機(jī)顏料進(jìn)行各種應(yīng)用研究,此文為曲阜師范大學(xué)印刷學(xué)院與北京印刷學(xué)院印刷包裝材料與技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室針對湖南巨發(fā)生產(chǎn)的鈷藍(lán)顏料應(yīng)用于涂料的分散性進(jìn)行專門的研究,現(xiàn)刊登全文于下(原文刊登在《顏料》雜志2011年第6期、《信息記錄材料》2011年 第3期),供廣大巨發(fā)客戶參考。
鈷藍(lán)在弱溶劑體系中的分散穩(wěn)定性研究
李樹坤1 李路海2
(1. 曲阜師范大學(xué)印刷學(xué)院,山東 日照276800;
2.北京印刷學(xué)院印刷包裝材料與技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京,102600)
【摘要】:研究了鈷藍(lán)無機(jī)顏料在弱溶劑體系中的分散穩(wěn)定性。探討了pH值,分散劑種類,分散劑用量,分散速度對鈷藍(lán)分散穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明:在以弱溶劑二乙二醇丁醚作為分散介質(zhì),先采用磁力攪拌然后再進(jìn)行砂磨的分散工藝,并加入復(fù)合分散劑[M(KH550)∶M(KH560)∶M(A-842)=1∶1∶2](用量為總量的8%)在pH=7時(shí)可以制備出分散性和穩(wěn)定性良好的鈷藍(lán)分散體系。通過沉降實(shí)驗(yàn)和納米激光粒度儀對分散效果進(jìn)行了表征。用上述最佳配方和分散工藝得到的鈷藍(lán)顆粒分散體的粒徑大都在300nm左右。
【關(guān)鍵詞】: 鈷藍(lán) 分散性能 分散劑 穩(wěn)定性 懸浮液
0 引言
鈷藍(lán)是一種很古老的顏料,在18世紀(jì)末葉Thenard就制成了這種藍(lán)顏料,所以至今國外還稱鈷藍(lán)為Thenard blue。當(dāng)時(shí)僅作美術(shù)材料。鈷藍(lán)無機(jī)顏料具有極好的遮蓋力、著色力、分散性;優(yōu)異的戶外耐光性、耐侯性、耐高溫性;良好的耐酸、耐堿、耐各種溶劑及化學(xué)腐蝕性;并且具有無滲性,無遷移性;且與大多數(shù)熱塑性、熱固性塑料具有良好的相容性。用于耐高溫涂料、陶瓷、搪瓷、玻璃著色等。但由于鈷藍(lán)顆粒比表面積大、表面能較高,致使粒子處于極不穩(wěn)定的狀態(tài),在制備和后期處理過程中極易團(tuán)聚在一起而形成較大的顆粒,從而直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能【2,3】。因此從某種意義上講,鈷藍(lán)的分散穩(wěn)定性成為其應(yīng)用過程中的關(guān)鍵因素。由于鈷藍(lán)顆粒在有機(jī)體系中的分散性受諸多因素影響【3,4】,如:分散介質(zhì)的種類、研磨速度、PH值、分散劑的選擇、分散溫度以及分散時(shí)間等,研究這些影響因素對提高鈷藍(lán)的分散穩(wěn)定性有重要意義。
本文從控制鈷藍(lán)分散穩(wěn)定性的機(jī)理入手,研究了PH值,分散劑的種類、用量,分散速度以及分散時(shí)間對分散體系的分散性及其穩(wěn)定性的影響規(guī)律。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)原材料
鈷藍(lán)無機(jī)顏料,原始粒徑800mm,湖南巨發(fā)顏料科技有限公司(實(shí)為湖南巨發(fā)科技有限公司);二乙二醇丁醚,分析純,天津市光復(fù)精細(xì)化學(xué)研究所;十二烷基硅酸鈉,汕頭市西隴化工有限公司;高分子聚酰胺類物質(zhì)A-842,阿托茲(中國)精細(xì)化工有限公司;環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑KH550和KH560,分析純,天津市化學(xué)試劑廠分廠;N,N二甲基乙醇胺,化學(xué)純,北京化學(xué)試劑公司。
1.2 儀器
PL6001-L型電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;HJ-6B型磁力攪拌器,東西(北京)科技有限公司;PHS-3C微機(jī)型PH值測試計(jì),上海唐儀有限公司;GB-2S型高速砂磨機(jī),青島通達(dá)專用儀器廠;ZSNanoS馬爾文納米粒度分析儀器,英國Malvern儀器有限公司。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
1.3.1 鈷藍(lán)懸浮液的制備
將5g鈷藍(lán)無機(jī)顏料放入到二乙二醇丁醚溶液中,然后再加入一 定量的分散劑(分散劑濃度按總?cè)芤河?jì)算),然后在恒溫條件下,用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌大約0.5h待體系均勻混合后,最后用砂磨機(jī)進(jìn)行砂磨2.5h制得鈷藍(lán)懸浮液,調(diào)整砂磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為一特定的值。
1.3.2 鈷藍(lán)分散體系的分散性
在砂磨得過程中,每隔0.5h取一次樣,然后將取出的鈷藍(lán)有機(jī)溶劑分散液用二乙二醇丁醚溶液進(jìn)行稀釋,然后用激光粒度儀定量測出分散體系在研磨過程中的粒度分布。
1.3.3 鈷藍(lán)分散體系的穩(wěn)定性
調(diào)整體系的PH為一特定的值,取分散好的鈷藍(lán)分散液30ml,置于標(biāo)有刻度的試管中分別靜置1h,4h,12h,36h,72h。然后計(jì)算試管上清液的高度(總高度減去上清液的高度即得沉淀的高度),從而獲得沉淀的體積分?jǐn)?shù)。
2 結(jié)果與討論
2.1分散體系PH值對體系的穩(wěn)定性的影響
圖1為采用Zeta電位儀測量的鈷藍(lán)懸浮液在不同PH下的Zeta電位的大小。
從圖1中可以看出鈷藍(lán)的等電點(diǎn)在3左右。當(dāng)PH<3時(shí),其Zeta電位值為正,最大正點(diǎn)位為35mV;當(dāng)PH>3時(shí),其Zeta電位值為負(fù),最大負(fù)電位為-45mV;當(dāng)PH=7時(shí),其Zeta電位的絕對值最大。納米顆粒分散到液體介質(zhì)中,顆粒表面帶有一定數(shù)量的凈電荷,吸引同等數(shù)量的相反電荷在其周圍,緊密層和擴(kuò)散層交界處滑動(dòng)面的電位為Zeta電位。Zeta電位的絕對值越大,顆粒之間的靜電斥力占優(yōu)勢,不易團(tuán)聚,說明分散體系穩(wěn)定;相反,Zeta電位絕對值越小,顆粒之間的范德華引力占優(yōu)勢,容易團(tuán)聚,說明體系分散穩(wěn)定性差【4,5】。所以從Zeta電位來看,鈷藍(lán)顆粒在PH=7時(shí)體系最穩(wěn)定。
2.2 分散劑種類對分散效果的影響
本實(shí)驗(yàn)主要選擇以下幾種作為鈷藍(lán)的分散劑:低分子分散劑,偶聯(lián)劑,高分子分散劑,即十二烷基硫酸鈉,KH550和KH560,A-842等。表1為不同分散劑對鈷藍(lán)分散效果的影響。
表1 不同分散劑對鈷藍(lán)懸浮液的分散效果

從鈷藍(lán)懸浮液經(jīng)不同分散劑后沉降測量結(jié)果得出十二烷基硫酸鈉的分散效果較差,分散劑KH550,KH560和A-842的分散效果較好。使用十二烷基硫酸鈉分散劑的鈷藍(lán)顆粒表面吸附的分散劑較少,鈷藍(lán)粒子周圍有一定的團(tuán)聚現(xiàn)象,使其粒徑變大,其粒度分布如圖2中Record158所示,穩(wěn)定性較差。
分散劑KH550和KH560是2種含有環(huán)氧基的硅烷偶聯(lián)劑,在二乙二醇丁醚中發(fā)生發(fā)應(yīng)。形成Si-OH。Si-OH與鈷藍(lán)表面的羥基發(fā)生反應(yīng),形成新的化學(xué)鍵,新鍵的形成增強(qiáng)了鈷藍(lán)顆粒與偶聯(lián)機(jī)的相互作用。同時(shí)連接在鈷藍(lán)顆粒表面的偶聯(lián)劑發(fā)生,形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),能夠有效的阻止鈷藍(lán)顆粒相互碰撞在一起,有利于提高其分散的穩(wěn)定性。高分子分散劑A-842為丙稀酸脂胺鹽類聚合物,鈷藍(lán)顆粒易與聚丙稀酸鹽易發(fā)生物理和化學(xué)吸附,由于丙稀酸脂胺鹽類聚合物是一種長鏈型的高分子結(jié)構(gòu),空間位阻較大,從而對鈷藍(lán)顆粒的團(tuán)聚有一定的阻礙作用【6】。復(fù)合分散劑[M(KH550):M(KH560):M(A-842)=1:1:2]能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的協(xié)同作用,經(jīng)分散后的顏料粒徑大大減小,其粒度分布如圖2中Record139所示,具有最佳的分散效果。
2.3 分散劑用量對分散效果的影響
鈷藍(lán)懸浮液中鈷藍(lán)的質(zhì)量分為九為10%,PH值為7,分散劑為復(fù)合分散劑[M(KH550):M(KH560):M(A-842)=1:1:2],鈷藍(lán)懸浮液分別在不同的分散劑用量下進(jìn)行分散,分散完畢后靜置1h,4h,12h,36h,72h,分別測其各組分中的沉降分?jǐn)?shù)。圖1反映的復(fù)合分散劑用量與沉降體積分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系。
從圖3中可以看出復(fù)合分散劑的分散效果隨分散劑的用量的變化而具有相似的增加趨勢。分散劑用量在較小水平時(shí),分散效果隨分散劑用量的增加而具有明顯的增加趨勢,當(dāng)分散劑用量較大后,繼續(xù)增加分散劑的用量時(shí),分散效果沒有明顯的變化,分散效果將會達(dá)到一個(gè)極限值。這是因?yàn)樵诘偷姆稚┯昧繒r(shí),鈷藍(lán)粒子表面的分散劑吸附量隨著用量的增加而增加,因而分散效果逐漸增強(qiáng)。當(dāng)粒子表面吸附量達(dá)到飽和后,繼續(xù)增加用量對分散劑的吸附量基本沒有影響,本文采用8%的用量。
2.4 分散速度對分散效果的影響
本實(shí)驗(yàn)所用的分散方式是高速研磨,主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)頭和鋯珠在容器內(nèi)將物料進(jìn)行劇烈的研磨,以使顏料的粒徑變得更小。同時(shí)也產(chǎn)生劇烈的剪切力和拉拽力,使團(tuán)聚體被破壞,以達(dá)到迅速分散和混合的目的。調(diào)節(jié)體系的PH=7,固定分散時(shí)間,考查不同轉(zhuǎn)速下鈷藍(lán)顆粒的粒度大小和體系的穩(wěn)定性(圖4)。
從圖4中可以看出,隨著研磨速度的增加 ,鈷藍(lán)的粒徑有減小的趨勢。當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí),提高轉(zhuǎn)速可以使鈷藍(lán)的粒徑明顯的減小。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后,提高轉(zhuǎn)速鈷藍(lán)的粒徑不再有明顯的變化。從圖中可以看出當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min后,鈷藍(lán)的粒徑不再有明顯的變化。
3 結(jié)論
本文研究了分散劑的種類和用量,分散體系PH值,分散速度等對分散穩(wěn)定性的影響,通過沉降實(shí)驗(yàn)和激光粒度儀測量粒徑分布的方法,得出以下結(jié)論:分散體系在PH=3時(shí)分散效果最差,當(dāng)PH>3時(shí),分散穩(wěn)定性逐漸增加,當(dāng)PH=7時(shí)分散最穩(wěn)定;硅烷偶聯(lián)劑KH550和KH560適合鈷藍(lán)有機(jī)體系的分散,實(shí)驗(yàn)采用復(fù)合分散[M(KH550):M(KH560):M(A-842)=1:1:2],能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的協(xié)同作用,具有最佳的分散效果;用量為總量的8%對鈷藍(lán)弱溶劑體系的分散效果較好;高速分散的速度在不超過3500r/min的范圍內(nèi),轉(zhuǎn)速越大,分散的效果越好。實(shí)驗(yàn)采用轉(zhuǎn)速為3500r/min.
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