第五章 涂料生产和色漆的制备n涂料生产是把树脂加入溶剂制成漆料，然后再用漆料配成清漆或色漆n色漆是把颜料稳定地分散于漆料中的涂料，是涂料中生产量最大、品种最多的产品 原材料名称配方组组成，kg原材料名称配方组组成，kg长长油度豆油改性醇酸树树脂液(50%)187.0环烷环烷 酸钙钙液(5%Ca)0.41钛钛白粉(金红红石型)63.0环烷环烷 酸锌锌液(5%Zn)0.41环烷环烷 酸铅铅液(10%Pb)0.51防结结皮剂剂液(25%)2.0环烷环烷 酸钴钴液(5%Co)0.41二甲苯适量标准配方n涂料的标准配方如上表所示，n列出实际生产的涂料中所含有的各个成分的配方就是涂料的标准配方n在投入生产时，还需根据所选色漆生产工艺的不同，再拟订一个生产配方5.2 颜料的分散及稳定n为什么颜料要分散？n大多数颜料是从水中沉淀制备出来的在干燥期间，颜料粒子凝集胶结在一起，形成聚集体粉末n颜料颗粒的粒径通常为5nm1mn聚集体是由几万或几十万这样的颗粒组成，粒径可达100m以上n生产涂料时，需要把这些聚集体分散成其原有粒度，制成稳定的分散体颜料分散的过程 n颜料的分散经过：润湿、分散和稳定n（1）润湿 n颜料表面的水分、空气被漆料置换，并在颜料表面形成新包覆膜的过程，称为润湿。
n润湿时首先要求溶剂渗入颜料聚集体中去，这需要时间n粘度大的漆料润湿聚集体内部需要时间越长n润湿需要的时间要长，漆料的粘度要低n润湿方法：n预混合好的漆浆通常在搅拌下升温到50后，静置过夜n次日，再进行研磨分散，就能使颜料颗粒表面充分润湿n（2）研磨与分散 n颜料的颗粒大小是按规定要求生产的，但因形成聚集体，需重新分散开n涂料中主要使用剪切力来分散n剪切速度是由研磨设备的机械设计决定的n剪切速度一定时，剪切力和粘度成正比n粘度高，剪切力大，对研磨有利的n为了以最快速度分离聚集体，研磨料要调整到较高的黏度，尽量达到最大剪切应力n润湿时希望漆料的粘度低，而研磨时需要高粘度n为满足这两个要求，可以多加颜料、少加聚合物n研磨时对新生表面润湿速度须大于分离速度，否则，已分离的又重新聚集n研磨是色漆生产中能量消耗最大的工序每吨磁漆需要电能100500kWhn高效研磨设备的要求：n 研磨时间短；n 漆浆能达到稳定的分散状态，颜料能发挥最佳性能2分散体系的稳定n絮凝是颜料分散后的再聚集絮凝的涂料当受弱的外力作用时，颜料聚集体破裂；外力停止作用，聚集体立即或稍迟恢复原状n从兼顾涂料各个方面性能的角度出发，希望涂料处于轻微的絮凝状态。
分散稳定的机理 n颜料分散以后，仍有絮凝倾向，为此需要将已分散了的粒子保护起来，使分散体稳定n采用的机理为电荷相斥和熵相斥 电荷相斥机理n水作介质时，聚合物颗粒表面吸附阴离子表面活性剂n亲油的碳氢链端在聚合物上取向，亲水的盐基团在颗粒外围，与水缔合n这样，颗粒的表面就覆盖阴离子 n阴离子外又缔合着阳离子n这些阳离子的行为犹如颗粒的一部分，又吸引阴离子，形成扩散层n当两个颗粒相互接近，阴离子的扩散层相互排斥，就稳定了分散体n一些表面活性剂或无机分散剂（多磷酸盐及羟基胺等），能使颜料表面带上电荷，来稳定颜料颗粒n盐影响扩散层的稳定性，在乳液聚合中用去离子水n水性分散体系主要靠电荷的稳定作用 熵相斥 n熵相斥又称位阻相斥和渗透相斥n溶剂型涂料因为有机溶剂的极性较弱，分散的颜料颗粒主要靠熵相斥来稳定 n颜料表面吸附树脂和溶剂，形成一个树脂和溶剂的吸附层n当吸附层达到一定厚度 (大于89nm)时，它们相互之间的排斥力可保护颜料粒子不聚集n当两个颗粒相互接近时，吸附层压缩使体系的无规性减少n溶剂在吸附层中本来是平衡的，将溶剂逐出也导致熵的降低n抗拒熵的降低就导致两个颗粒相斥，故称之为熵相斥n压缩吸附层时，吸附层中的溶剂减少，而溶剂又有回复到平衡浓度的倾向，因此，称为渗透相斥。
n吸附层足够厚，吸附层阻挡颗粒不能相互接近，以防絮凝，故称位阻相斥溶剂型涂料的稳定作用 n树脂中的极性基团（如COOH、OH等）吸附在颜料表面，形成大于一定厚度的吸附层时，才起稳定作用n树脂带大量极性基团，吸附点太多，吸附层就薄n极性基团少，极性基团间较长的链段可以被溶剂溶胀，伸出颜料表面，吸附层就厚n极性基团间的链段与溶剂相互作用越强，吸附溶剂越多，吸附层就越厚n树脂分子量增大，吸附层就厚树脂中最高分子量组分是会被选择吸附n双酚A环氧树脂的MEK溶液中分散TiO2的吸附层厚度随着环氧树脂分子量的增大，可从7nm增大到25nm n树脂和溶剂在颜料表面吸附存在竞争n当树脂浓度足够高时，吸附的是被溶剂溶胀的树脂n在较低浓度，树脂和溶剂都吸附，所以吸附层平均厚度不足以防止絮凝n硝基纤维素、聚氨酯和酚氧树脂（高分子量环氧树脂）在磁性氧化铁颜料上的吸附时，用甲苯作溶剂比四氢呋喃更有利n四氢呋喃与颜料表面相互作用强而甲苯与树脂的作用弱，影响树脂吸附层的厚度n大多常规溶剂型涂料用树脂（常规醇酸、聚酯和热固性丙烯酸树脂）都能稳定颜料分散体n如果有稳定问题，就要使用高分子量的树脂n或在研磨料中使用羟基、酰氨基、羧酸基或其他极性基团数更多的树脂。
n高固体分涂料因为分子量较小，每个树脂分子上的官能团数目也较少，不能稳定颜料，就需要使用有效的颜料分散剂n最有效的分散剂是极性端有几个官能团，极性小的尾要足够长，使吸附层至少10nm厚水性介质中颜料的分散 n无机颜料有高度的极性表面，水易润湿，但吸附的水层不抗絮凝n大多数有机颜料需要用表面活性剂来润湿表面n有些有机颜料用无机氧化物包覆n水性介质中分散稳定的机理是电荷相斥n分散体的稳定性决定于pH值，因为pH值影响颜料表面的电荷n任何颜料、分散剂和水的组合都有一个表面电荷为零的pH，这pH值称为等电点(iep)n在等电点上无电荷相斥 npH高于等电点，表面带负电荷n pH低于等电点，带正电荷n分散体的稳定性在iep1个pH单位内因表面带电荷量太少而最差n各种颜料的iep值不同高岭土为4.8，CaCO3为9，金红石TiO2为5.75.8n大多数乳胶漆配方中含有几种颜料和表面活性剂，而且各种颜料的iep不同n采取的措施是：n几种非离子表面活性剂常与阴离子表面活性剂配合使用，目的是形成吸附层，并且带上电荷n聚合型阴离子表面活性剂可强劲地吸附在颜料的极性表面n非极性表面活性剂的中间部分可提高吸附层的厚度。
n常加三聚磷酸钾，可保证pH值处于所有颜料的iep以上工艺配方 n颜料分散机械是涂料厂中最昂贵的机械，运转成本也最高n单位时间内要分散尽可能多的颜料n溶剂的粘度低、润湿快，但不能稳定分散体，不能防止颜料絮凝n研磨料中必须含有树脂(或超分散剂)n为了能有最大的颜料含量，在稳定的前提下，希望采用最稀的树脂溶液浓度，即研磨漆浆的树脂浓度n 制研磨漆浆n首先要确定研磨漆浆的组成n把颜料、部分漆料、需要在研磨漆浆中加入的助剂(如分散剂、湿润剂、防沉剂等)进行预混合n研磨分散制成研磨漆浆色漆制备过程色漆制备过程n 调漆n向研磨漆浆中加入余下的漆料、溶剂和助剂，混合均匀后即色漆产品n标准配方决定色漆产品的最终组成，但却不能直接用它配制研磨漆浆n只有工艺配方才是直接用于色漆生产的指令性技术文件5.3分散设备和工艺n现在研磨分散设备以砂磨机为主，与其配套的预混合设备为高速分散机n预混合以混合为主，并起到粗分散的作用n高速分散机的主轴下端装有分散叶轮n叶轮是锯齿圆盘式n叶轮高速旋转，进行混合和分散n叶轮的高速旋转使搅拌槽内的漆浆呈现滚动的环流，并产生很大的旋涡 n在叶轮边缘2.55cm处，形成一个湍流区。
n在这个区域中，颜料粒子受到较强的剪切和冲击作用，使其很快分散到漆浆中n在此区域之外，形成上、下两个流束，使漆浆得到充分的循环和翻动 n叶轮下部区域要达到层流状态：n叶轮不能转得太快，叶轮离底部应有一定的距离 n要适当提高漆浆的粘度（ 3Pas ）n粘度越高，施加在聚集体上的剪切应力越大，分散就越快n初始阶段，颜料还堆在漆料上面，采用低速进行混合，然后再提高转速n分散阶段大约需15分钟n降低速度后投入剩下的配方组分而调稀成漆 n高速分散机：n不需另行预混合，调稀成漆可在同一槽内完成n换色清洗也比较方便n缺点是施加在颜料聚集体上的剪切应力较低，只能用于容易分离的颜料 砂磨机 n最初研磨介质用的是直径约0.7mm的砂，故称为砂磨机n现在仍有用砂的，但常用的是粒径13mm的玻璃珠n经预分散的漆浆从底部输入n启动砂磨机，分散盘高速旋转n靠近分散盘面的漆浆和玻璃珠随着分散盘运转，抛向筒壁，又返回到中心区n这时形成的湍流大体为双环形滚动方式，能产生良好的分散效果 n漆浆在上升过程中，多次回转于两个分散盘之间作高度湍流n颜料粒子还受到高速玻璃珠的剪切和冲击作用，分散在漆料中n分散后的漆浆通过筛网从出口溢出，玻璃珠则被筛网截留。
n漆浆在砂磨机中受到分散盘和砂子的激烈搅拌会引起温度升高，需用冷却水夹套冷却 n砂磨机的效率高的原因：n研磨介质速度很高，相互之间的碰撞、摩擦，能够产生很强的冲击和剪切作用n研磨介质直径很小(常用13mm)，数量多，它们互相碰撞的接触点很多 分散程度评估 n评价分散程度是用于建立标准配方、最佳操作方法和品质控制的关键n评估分散程度要看聚集体分离是否完全，分离后是否絮凝n比较着色力白色和有色颜料比较分散程度的方法 n方法：对白色分散体n称出少量待测样品分散体与少量标准有色分散体，如蓝色，进行混合，n同时，以相同比例把标准白色分散体和该标准蓝混合n把这两个着色样品相邻放置在白纸上n用刮刀一起下刮，比较二者的颜色n待测样品混合后比标准白色混合后的颜色深，则待测样品的着色力低，意味着分散程度不好n待测的为有色分散体，只是与标准白混合比较n金属色涂料是在玻璃板上并排刮n目测或仪器测评估雾影，或与要求标准的差别n检验絮凝n将待测的着色浆流涂在铁板上，用食指轻刮 n颜色有变化，表明分散体己絮凝n一个白蓝颜料的混合物，被刮处变得更蓝，则蓝颜料已絮凝；n变得更浅，则白颜料已絮凝n絮凝也可从分散体的流动来检测。
n良好稳定的分散体，流动是牛顿型的n涂料中不含触变性成分，如果剪切变稀，则发生絮凝n离心沉降法评估颜料分散n沉降速度决定于颜料颗粒大小、分散相与分散介质的密度差n分散好、稳定好的体系沉降慢；完全沉降后，沉降物量少n分散好而稳定差的分散体沉降快；沉降物庞大n絮凝物沉降较快，包着连续相，形成庞大的沉降物n絮凝沉降物搅拌后，与未絮凝的相比，更易恢复到均匀的悬浮状态n颜料沉降速度较快，或离心成结实的一层沉淀，是分离未完全n聚集体大，沉降更快n产品开发和产品品质控制，离心沉降能够给出定性或半定量的信息n研究时，需测定量数据，从离心速度计算絮凝程度n用显微镜也可检验分散体，但需注意样品的制备过程n使用溶剂稀释样品时，有可能发生絮凝，不一定是颜料造成的絮凝n絮凝梯度技术n液态和干漆膜中颜料分散程度定量研究的方法n颗粒对长波光的散射比可见光更强n用2500nm红外光测定干漆膜的散射程度与膜厚的关系n散射对漆膜厚度作图，给出一直线直线斜率随絮凝的增大而增大n红外反射测定法也可用于测定液态分散体样品的絮凝程度n刮板细度计n涂料工业中最广泛应用 n将分散体样品放在板的零读数之前，用刮刀往下刮n举起板，然后观察沟槽中出现显著斑点的位置，最先出现斑点的沟槽深度表示涂料细度。
n据称读数越大，分散“越好”无法测定分散程度n首先，完全不能测出絮凝，在刮下时已破碎了任何絮凝n其次，分散好的颜料颗粒比细度计槽深要小得多n一个涂料的总颜料含量中，仅有约0.1TiO2分散体不能通过细度计n刮板细度计能表明大颜料聚集体是否破碎，是否有杂物颗粒存在n测试快速，约需半分钟n得到的数值并无意义，不能用来评估分散 练习 P1。