在涂料生產(chǎn)的過程中，鈦白粉分散的好壞直接影響著水性涂料的儲存穩(wěn)定性、涂膜外觀和涂裝作業(yè)難易等。在水性涂料的生產(chǎn)過程中，鈦白粉顏料的潤濕過程是一個“鈦白粉-空氣”、“鈦白粉-鈦白粉粒子界面”被“鈦白粉-樹脂溶液界面”替換的過程，決定潤濕效果的因素主要有樹脂溶液在鈦白粉顏料粒子表面的吸附，樹脂向鈦白粉顏料凝聚體空隙間的滲透。粉碎過程是鈦白粉顏料粒子的凝聚體或者附聚體通過剪切力或者沖擊力破壞為細(xì)小粒子的過程，它不僅與設(shè)備有關(guān)系，還與鈦白粉顏料的聚凝狀態(tài)相關(guān)。分散穩(wěn)定是粒子間產(chǎn)生斥力而阻止粒子間再聚集的過程。
雙電層理論
雙電層理論就是靜電穩(wěn)定機(jī)制，通過調(diào)整pH值或者加入電解質(zhì)，使顆粒表面產(chǎn)生一定量的表面電荷，以增大雙電層厚度和顆粒表面的ξ電位值，使顆粒間產(chǎn)生較大的排斥力，進(jìn)而實現(xiàn)顆粒的穩(wěn)定分散。盡管鈦白粉的ξ電位有助于分散穩(wěn)定性，但是，與位阻的排斥力相比，其作用還是相當(dāng)小的。通常的工藝要求漿液具有較高固含量、較低黏度的同時具有較好的穩(wěn)定性。懸浮液的穩(wěn)定性是其基本性質(zhì)：首先粒子不能太大，否則重力會導(dǎo)致快速地沉降;另一重要因素是粒子間的吸引力，如果粒子引力足夠大，彼此就會相互粘附，導(dǎo)致粒子束快速沉降(如絮凝)。通常采用的防止絮凝的方法是在粒子表面引入相互排斥的力：電荷間的排斥力(電穩(wěn)定)、吸附的高分子間的斥力(空間穩(wěn)定)或兩者的結(jié)合(空間穩(wěn)定)。雙電層穩(wěn)定機(jī)制，即通過調(diào)節(jié)pH值使顆粒表面帶上一定的表面電荷，形成雙電層;通過雙電層之間的排斥力使粒子之間的引力大大降低，從而實現(xiàn)粉體的分散。鈦白粉的表面電性是由粉體表面的荷電離子，如OH-、H+等決定的，當(dāng)鈦白粉分散到溶液中的電性還與溶液的pH值即溶液的離子類型有關(guān)系。粉體表面的荷電性影響顆粒之間、顆粒與無機(jī)離子之間、表面活性劑離子以及其他化學(xué)物質(zhì)之間的作用力，因此影響顆粒之間的團(tuán)聚和分散。根據(jù)雙電層理論可以比較清晰地看出所謂的ξ電位并不是顆粒的界面電位，只是吸附層外側(cè)的電位，ξ電位與顆粒緊密層的電位十分接近，可以近似為相等。熱力學(xué)電位總是大于ξ電位，吸附層越厚ξ電位越低。如果顆粒表面上的負(fù)電荷數(shù)和固定層吸附的正電荷數(shù)相等，ξ電位就變成了零，這時對應(yīng)的溶液的pH值稱為等電點[4-5]。當(dāng)溶液的pH值大于等電點時，粉體表面荷負(fù)電;小于等電點時，荷正電。當(dāng)然，影響ξ電位的因素很多，如粉體的化學(xué)成分、pH值、表面缺陷、溶劑、粒度分布等等。
表面化學(xué)特性
實際上在水性涂料體系里面，ξ電位是隨著鈦白粉的單位吸附量的增加而迅速增大的，但是當(dāng)ξ電位升高到一定程度后，其增大的幅度逐漸變緩。從而表明鈦白粉顆粒必須達(dá)到一定的吸附量，才能夠具有一定的電荷穩(wěn)定性，這一點對實際的水性涂料配方設(shè)計有著深遠(yuǎn)的意義。隨著鈦白粉粒子的細(xì)微化，表面原子所占比例增加。但表面原子受到的是不對稱力，即與其鄰近的內(nèi)部原子的非對稱價鍵力和其他原子的范德華力的作用，其價鍵是不飽和的。根據(jù)鈦白粉在水溶液中的pH值不同，可帶正電、負(fù)電和電中性。當(dāng)pH值比較小時，粒子表面形成M—OH2，導(dǎo)致粒子表面帶正電;當(dāng)pH值高時粒子表面形成M-O鍵，使粒子表面帶負(fù)電;如果pH值處于中間值，則表面形成M—OH，粒子呈電中性。在不同的pH值下，分散在水中的粉體的表面化學(xué)特性就由吸附到顆粒表面的H+和OH-粒子所決定。
水性涂料分散劑對鈦白粉粉體特性的影響
在鈦白粉含量不變的情況下，單位的吸附量與分散劑的含量成正比，根據(jù)公式a=Ax/(1+Ay)=X/(A-1+Y)可以推導(dǎo)出單位鈦白粉上的吸附量。根據(jù)膠體穩(wěn)定性的DLVO理論，膠體質(zhì)點之間存在范德華吸引作用，而質(zhì)點在相互接近時又因雙電層的重疊而產(chǎn)生排斥作用，膠體的穩(wěn)定性取決于質(zhì)點之間吸引與排斥作用的相對大小。懸浮體的分散性和流動性與其ξ電位值有很大關(guān)系，一般，ξ電位絕對值越大，越有利于懸浮體分散。在漿料的制備過程中，為獲得高分散性穩(wěn)定性好的漿料，通常選用一些高分子電解質(zhì)來改善其懸浮性能。引入分散劑以后，粒子表面ξ電位絕對值增加，這是由于加入分散劑后，帶有負(fù)電荷的分散劑陰離子基團(tuán)吸附在鈦白粉粒子表面，使粒子表面的負(fù)電荷性更高，粒子表面的電荷密度最高，粒子間產(chǎn)生最大的靜電斥力，于是漿料具有最佳的分散性。因此，制備高固體含量的鈦白粉漿料選擇最佳pH值應(yīng)在8～9。
水性涂料分散劑對鈦白粉漿料流變特性的影響
懸浮液的流變性決定于漿液的固含量和粒子間的相互作用。鈦白粉粉體在水介質(zhì)中具有較高的比表面能，因而容易產(chǎn)生團(tuán)聚或絮凝，影響漿料的穩(wěn)定性和均勻性。分散劑的加入不僅能改善粉體的表面特性，而且對鈦白粉懸浮體的流變行為也有較大影響，通過加入分散劑的方法可以獲得低黏度、高穩(wěn)定性均勻性好的涂料漿料。不加分散劑時漿料的黏度最大，隨著分散劑用量的增加，粒子表面電荷密度升高，離子間斥力也相應(yīng)增加，漿料的黏度開始下降，流動性好轉(zhuǎn)，體系的分散性得到改善。進(jìn)一步增加分散劑用量，漿料黏度變化不大，這是由于粒子表面電荷達(dá)到飽和所致。但分散劑用量過大，過剩的分散劑分子相互橋連形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，限制粒子間的運動，使流變性變差。
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