淺析分散劑在溶劑型涂料中的應(yīng)用

王 鎮(zhèn)，羅 蛟，周海洋 （鎮(zhèn)江泛華檢測科技有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

分散劑是一種能夠提高和改善固體或液體物料分散性能的助劑，是一種高聚能表面活性劑。分散劑的作用是潤濕分散顏填料，減少完成分散過程所需要的時間和能量，穩(wěn)定所分散的顏料分散體，改進(jìn)顏料粒子表面性質(zhì)，調(diào)整顏料粒子的運(yùn)動性，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：縮短分散時間，提高涂膜光澤，提高著色力和遮蓋力，改善顏料的色彩飽和度，防止浮色發(fā)花，防止絮凝，防止沉降。因此，合適的分散劑在涂料生產(chǎn)過程中有著非常重要的作用，是涂料組分中不可或缺的一部分。考察了分散劑在熱塑性丙烯酸樹脂體系及醇酸樹脂體系中的應(yīng)用情況。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原材料

熱塑性丙烯酸樹脂溶液，江蘇泛華化學(xué)科技有限公司；醇酸樹脂溶液，常州光輝；鈦白粉、鐵紅、鐵藍(lán)、鐵黃、炭黑等著色顏料，市售；BYK-180 分散劑。

1.2 儀器設(shè)備

快手分散機(jī)、刮板細(xì)度計(jì)、反射率測定儀C84-Ⅲ，上海現(xiàn)代天辰環(huán)境；自動涂膜機(jī)，BYK PTA-2101；光澤度計(jì)，BYK 4446；分光測色儀，Datacolor 600。

1.3 樣板制備

分別稱取相同質(zhì)量的玻璃珠、熱塑性丙烯酸樹脂溶液、鈦白粉和其他著色顏料制成的涂料，在自動涂膜機(jī)上以相同的速度在測試底材上進(jìn)行涂膜，然后在恒溫恒濕［溫度（23±2）℃、濕度（50±5）%）］的環(huán)境條件下養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的時間后，進(jìn)行性能檢測。

1.4 測定依據(jù)

GB/T 11186.2—1989《涂膜顏色的測量方法》；GB/T 9754—2007《色漆和清漆 不含金屬顏料的色漆漆膜的20°、60°和85°鏡面光澤的測定》；GB/T 23981.1—2019《白色和淺色漆對比率的測定》；GB/T 1723—1993《涂料黏度測定》；GB/T 1724—2019《色漆、清漆和印刷油墨 研磨細(xì)度的測定》；指研試驗(yàn)測試涂料的浮色。

2 結(jié)果和討論

2.1 顏料的研磨細(xì)度及其分散穩(wěn)定性

在溶劑型涂料中，溶劑油一般是非極性溶劑或者極性很弱的溶劑，其電性很微弱，在鈦白粉表面形成的雙電層很薄弱，不足以對整個體系形成強(qiáng)烈的雙電層效應(yīng)來降低表面能，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)［1］。因此可以在鈦白粉研磨分散階段添加合適的分散劑來降低粒子間的表面能。依據(jù)GB/T 21868.2—2008《顏料和體質(zhì)顏料 評定分散性用的分散方法 第4 部分：用砂磨分散》。將醇酸樹脂溶液（固含量40%）和鈦白粉經(jīng)快手分散機(jī)分散，進(jìn)行涂料細(xì)度的檢測，結(jié)果見圖1。

圖1 不同分散時間下的細(xì)度變化圖Figure 1 Fineness change diagram under different dispersion time

將分散好的涂料置于恒溫恒濕的房間內(nèi)，分別在15 d 和30 d 后再次對涂料進(jìn)行細(xì)度的檢測。結(jié)果見表1。

表1 分散劑對涂料貯存穩(wěn)定性的影響Table 1 Effect of dispersant on storage stability of coatings

從圖1、表1 可以看出，生產(chǎn)過程中添加合適的分散劑可以顯著提高鈦白粉的分散性或縮短研磨時間、提高生產(chǎn)效率。由于鈦白粉的粒徑較小，表面能很大，更容易出現(xiàn)粒子的絮凝情況，添加適量的分散劑后，可以減少鈦白粉在貯存過程中的團(tuán)聚現(xiàn)象，提高涂料的貯存穩(wěn)定性，使得涂料不返粗。

2.2 分散劑對涂料性能的影響

2.2.1 分散劑對體系黏度的影響

涂料生產(chǎn)過程中，為了提高生產(chǎn)效率而提高顏料的加入量。隨著顏料的不斷加入，顏料粒子相互碰撞的機(jī)率增加，顏料的破碎率提高，但同時也增加了體系的黏度，降低了研磨的動能，可能會影響到涂料的研磨細(xì)度。適當(dāng)添加分散劑，可以降低體系黏度、滿足色漿研磨時高顏料含量的需求，同時，提高研磨效率。體系黏度與分散劑用量的關(guān)系見圖2。

圖2 體系黏度與分散劑用量的關(guān)系Figure 2 Relationship between system viscosity and amount of dispersant

從圖2 中可以看出，分散劑的不同添加量對體系的黏度有很大影響。分散劑剛開始加入時，體系黏度出現(xiàn)短暫的提升，隨著分散劑的不斷加入，體系黏度顯著降低，直到分散劑的添加量達(dá)到涂料組分的0.8%時，體系黏度達(dá)到了基本的平衡。

2.2.2 分散劑對涂膜顏色的影響

顏色是由物質(zhì)對可見光中不同波長的光波吸收程度的不同而形成的［2］。涂膜的顏色是涂料應(yīng)用性能的重要指標(biāo)。分散劑對涂膜顏色L*值的影響見圖3。

圖3 涂膜L＊值對比圖Figure 3 Comparison of coating film L*

由圖3 可見，添加分散劑后，涂膜的L*值在研磨分散40 min 后達(dá)到最大值，并和未加分散劑的涂膜在分散60 min 后的L*值基本一致，而隨著研磨時間的延長，涂膜的L*值反而有所下降。原因在于分散劑的加入能夠明顯改善顏料粒子的絮凝傾向，使得涂膜能夠更多地反射光線，從而在研磨40 min 后涂膜L*值達(dá)到最大值。繼續(xù)研磨至60 min 時涂膜反而變灰，是因?yàn)閷︹伆追哿Ｗ拥倪^度研磨所致。因此添加分散劑可以大大縮短研磨時間，提高生產(chǎn)效率。

2.2.3 分散劑對涂膜光澤的影響

光線射到涂膜表面時，一部分被涂膜吸收，一部分會發(fā)生反射和散射，還有一部分發(fā)生折射。涂膜表面越是平滑，則反射的光線越多，涂膜光澤就越高，反之，涂膜光澤就越低［3］。分散劑對涂膜光澤的影響見圖4。

圖4 分散劑對涂膜光澤的影響Figure 4 Effect of dispersant on gloss of coating film

由圖4 可見，添加合適的分散劑，使鈦白粉能夠更好地、更加均勻地分散于體系中，易形成較平滑完整的涂膜，這樣的涂膜光澤較高。不使用或使用了不恰當(dāng)?shù)姆稚┛赡軙绊懙筋伭系姆稚⒓?xì)度或?qū)е峦苛现械念伭闲跄Ｗ訄F(tuán)聚變粗，使得涂膜表面的平整度下降，從而影響到涂膜的光澤。

2.2.4 分散劑對涂料遮蓋力的影響

遮蓋力是涂料能夠遮蓋被涂物體的底色，不被底色透過的能力［2］，它是涂料性能的重要技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。分散劑對涂料遮蓋力的影響見圖5。由圖5 可見，添加分散劑后涂料的遮蓋力提高，這同樣是由于加入分散劑后，顏料粒子經(jīng)研磨后團(tuán)聚體減少，粒子分布更加均勻并和樹脂充分混合，增加了接觸面積，從而提高了涂料的遮蓋力。

圖5 分散劑對涂料遮蓋力的影響Figure 5 Effect of dispersant on hiding power of coatings

2.2.5 分散劑對著色力和色彩飽和度的影響

著色力是顏料性能的一個重要指標(biāo)，是某一種顏料與另一種顏料混合后形成顏色強(qiáng)弱的能力［2-3］。

決定著色力的主要因素除了顏料的粒徑還有顏料的分散程度，分散程度越高著色力就越高。三刺激值中的Y 值可以表征顏料的相對著色能力，分散劑對炭黑著色能力的影響見圖6。

圖6 分散劑對炭黑著色力的影響Figure 6 The influences of dispersant on coloring power of carbon black

從圖6 中可以看出，添加分散劑后涂膜的Y 值明顯降低，相對于鈦白粉來說，炭黑的著色力得到明顯加強(qiáng)。原因是由于分散劑的加入使得炭黑的分散性得到加強(qiáng)，著色能力得到大幅提升。

CIE 顏色系統(tǒng)中，L*—明度值，代表顏色的黑白程度；C*—色彩飽和度，代表顏色的鮮艷程度；Ho—色調(diào)，代表色彩的總體傾向。表2 為分散劑對涂膜色彩飽和度的影響。由表2 可見，添加了分散劑后涂膜的C*值增幅明顯，ΔC*為正值，說明添加分散劑后涂膜的顏色更加鮮艷，色彩飽和度提高，添加分散劑前后C*值的變化率約在5%左右。

表2 分散劑對涂膜色彩飽和度的影響Table 2 Effect of dispersant on color saturation of coating film

2.3 分散劑對涂料浮色的影響

所謂浮色是指固化后的涂膜表面和內(nèi)部的顏色不一致，存在色差。這種現(xiàn)象可以在涂膜尚未完全固化時通過指研試驗(yàn)來檢測判斷（圖7）。

圖7 指研試驗(yàn)結(jié)果Figure 7 Finger grinding test results

圖7 是復(fù)配的海軍灰色涂料，使用了不同的顏料進(jìn)行復(fù)配，從中可以看出，A 圖指研后存在明顯的色差，原因可能是不同顏料的粒徑和密度差異較大，使得涂膜在固化過程中各顏料粒子出現(xiàn)不同的運(yùn)動速度。要解決這一問題，首先選用的顏填料粒徑要匹配；其次，要使用合適的分散劑。從圖7B 中可以看出，添加了適當(dāng)?shù)姆稚┖螅磕さ母∩F(xiàn)象得到明顯好轉(zhuǎn)，指研試驗(yàn)前后目視幾乎沒有色差。

3 結(jié)語

分散劑是溶劑型工業(yè)涂料中的重要組成部分。匹配且適量的分散劑添加到涂料中可以改善和提高涂料細(xì)度、顏色、著色力和解決涂膜病態(tài)等多方面問題。因此涂料配方設(shè)計(jì)中必須要選擇合適的分散劑并加強(qiáng)對分散劑應(yīng)用性能的研究。