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如何針對炭黑選擇分散劑

2023-04-12

  工業用顏料門類和品種繁多,顏料行業把它們分為有機顏料和無機顏料。而涂料行業常把透明氧化鐵和炭黑當作難分散顏料與有機顏料一同考慮。

  我們把難分散顏料進行了進一步的區分。

  區分原則是看其氫鍵的強度。

  在實驗中,我們明確地看見這樣的分散結果:

  在固定的樹脂體系中,如果一個分散劑能對炭黑有很好的表現,那么它常常同時能穩定酞菁系顏料,而且,必然表現出對DPP紅等其他有機顏料表現出弱的分散性能。

  反過來,如果一個分散劑能很好地分散穩定DPP紅、有機紫等顏料,通常用它來分散炭黑得到不喜歡的棕紅色相,對酞菁系顏料的降黏能力也不足。

  此類現象幾乎在所有分散樹脂中,對所有分散劑適用。極少有分散劑能同時對上述兩大類難分散顏料都表現出極其好的性能??偸沁@這一類很好,而另一類略差。

  我認為這來源于顏料自身的氫鍵結構的多少及強弱。

  炭黑、酞菁藍等顏料,其最主要的顏料之間的相互作用力并非氫鍵占主導,而是其它作用力,例如炭黑層狀分子之間的偶合作用,酞菁結構的偶合作用,鹵素的作用。而它們的表面處理中帶有的極性基團相對于顏料自身的結構有獨立性。

  以DPP為代表的有機紅、永固紫類顏料,其顏料自身設計中帶有很強的氫鍵,這個氫鍵作用提高了顏料的性能,也直接影響了分散劑對顏料的作用。其界面的極性基團參與了顏料自身的氫鍵作用。這一點經過顏料化后期處理之后確鑿無疑。

  據此,可以解釋單用一個結構的分散劑不容易同時在兩大類不同內在作用的顏料中同時拿到最佳效果。根據這個理論,能夠通過顏料結構判斷它應該隸屬于哪一邊。例如異吲哚啉酮類顏料應該屬于炭黑-酞菁系類別。而甲苯胺紅應該傾向于后者。

  在實際的分散劑選擇中,對于第一類難以分散的顏料,在容易相容的樹脂體系中有最好的結果。然而如果樹脂相容性不好,例如熱塑性丙烯酸,則需要改用新型的聚丙烯酸酯型分散劑。對于第二類強氫鍵的顏料類別、高極性的PU,聚酯,聚丙烯酸酯,都能有很好的效果。只是在相容性不好的體系,高極性的PU和聚酯就受到限制。這時要改用改性的聚丙烯酸酯分散劑。

  ● 炭黑的黑度

  炭黑的黑度是研討分散劑時一個極其重要的課題,也是最經常被討論的。

  至今的實踐表明,儀器的檢測不及目測準確;不同的光線下,黑度有變化;不同的角度下,黑度也有變化;不同的分散劑會選擇不同的炭黑給出不一樣的黑度;黑度高的炭黑色母不一定著色力也提高。

  這一切都是容易解釋的。因為炭黑的透明片狀結構+炭黑的吸收光的能力。其透明片狀結構在<1μm的粒徑下的片徑,以及排布取向,必然會導致光線的透射,反射,折射,散射。而這些衍生的色光會被碳黑有條件地吸收一部分,另一部分會繼續它的行程。這是個復雜而充滿變數的疊加效應。所以,百分之百的黑是沒有的,就是沒有最黑,只有相比對后的更黑。

  雖然能夠理解,但是控制卻是極其困難的。助劑公司從來沒有停止過針對某個炭黑在某個體系中的黑度提高的課題。任何新的分散劑上市之前,首先要檢測的,就是在目標體系里分散碳黑的表現。

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