顏料分散工藝知多少

顏料在著色領(lǐng)域占有非常重要的部分，對(duì)塑料、涂料、油墨等著色有著極其重要的作用?，F(xiàn)在常用的預(yù)分散體（如色母粒、色漿等）都有一個(gè)重要的目的，那就是讓顏料分散到最優(yōu)狀態(tài)，展現(xiàn)其絢麗色彩。如果顏料分散效果不佳，會(huì)直接影響到著色制品的質(zhì)量。塑料制品會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)、條痕、光澤、色澤、透明度等外觀缺陷，而且影響制品的機(jī)械性能、耐老化性等，同時(shí)給加工及應(yīng)用帶來影響。涂料油墨會(huì)由于顏料分散不良出現(xiàn)色點(diǎn)、光澤、遮蓋、遮蓋力等著色缺陷，而且影響耐候性及儲(chǔ)存穩(wěn)定性；對(duì)于涂料而言，顏料分散效果差還影響涂料的物理性能；而油墨的光澤和附著力會(huì)受顏料分散效果的影響較大。那么，顏料分散是什么樣過程呢？如何擁有良好的顏料分散效果呢？

顏料在其制造過程中，最初形成的粒子稱為初級(jí)粒子，粒度為5nm-1μm，能輕易地分散，但是初級(jí)粒子在加工過程中，尤其是干燥時(shí)，會(huì)因各種原因產(chǎn)生團(tuán)聚或凝聚，形成聚集體，聚集體之間或聚集體與初級(jí)粒子之間還可以粘結(jié)成聚集體，聚集體粘結(jié)比較牢，分散比較困難。如果想要顏料在著色中達(dá)到理想的著色力、透明度及其他特性，就必須對(duì)顏料的分散過程進(jìn)行研究，以便更好的將團(tuán)聚體分散到比較接近于初級(jí)粒子或較小團(tuán)聚體。

顏料的分散過程

顏料的分散是顏料在外力作用下破碎顏料顆粒附聚體與聚集體，克服顏料分子之間的吸引力，使顏料在應(yīng)用體系中盡可能完美展現(xiàn)顏料的著色性能。

顏料的分散過程通常分為三個(gè)階段：潤(rùn)濕、分散、穩(wěn)定。

（1）潤(rùn)濕：顏料與空氣或水的分界面變?yōu)轭伭陷d色體界面；

（2）分散（細(xì)化）：顏料顆粒在外力作用下破碎聚集體或附聚體成低聚體或初級(jí)粒子；

（3）穩(wěn)定：穩(wěn)定是非常重要的階段，主要防止已經(jīng)分散的顏料顆粒再次凝結(jié)。

顏料的潤(rùn)濕是非常重要的步驟，它分為對(duì)顏料的初始潤(rùn)濕和在分散細(xì)化過程中的持續(xù)潤(rùn)濕。對(duì)于塑料加工來說，初始潤(rùn)濕就是樹脂載色體取代顏料表面上的空氣和水分的過程；對(duì)于涂料油墨加工來說，會(huì)有潤(rùn)濕助劑的添加，潤(rùn)濕劑會(huì)對(duì)顏料表面潤(rùn)濕。顏料潤(rùn)濕的目的是使顏料之間的凝聚力減小，如果顏料表面不能被載色體或潤(rùn)濕劑潤(rùn)濕，那么后期分散設(shè)備的機(jī)械作用對(duì)顏料聚集體起不到良好作用效果。在塑料著色中，熔體的剪切力很難對(duì)顏料附聚體起作用；在涂料和油墨著色中，如果是研磨機(jī)研磨，不良的潤(rùn)濕還會(huì)堵塞出口網(wǎng)。如何達(dá)到良好的潤(rùn)濕效果，取決于顏料粒子的表面性質(zhì)、載色體或潤(rùn)濕劑等?，F(xiàn)在的顏料廠家會(huì)對(duì)顏料進(jìn)行表面處理，使其更容易潤(rùn)濕和分散。

第二步是顏料的分散細(xì)化的過程，主要是潤(rùn)濕后的顏料顆粒在外力作用下粉碎細(xì)化后分散于在載體介質(zhì)中。塑料著色加工主要使用的是單（雙）螺桿擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī)的效果較優(yōu)；涂料和油墨的著色加工使用的多為三輥研磨機(jī)、立式研磨機(jī)和臥式研磨機(jī)，涂料加工使用臥式研磨機(jī)的效果比較好，油墨普遍使用三輥研磨機(jī)，但臥式研磨機(jī)同樣在使用。

最后是顏料顆粒的穩(wěn)定化過程。由于顏料顆粒破碎細(xì)化后表面積增大，顆粒表面自由能也同比增加，直接造成細(xì)化的顏料顆粒間產(chǎn)生相互的吸引力并隨分散的進(jìn)程而不斷增強(qiáng)。細(xì)微顆粒會(huì)朝著比表面積減少表面能降低的方向運(yùn)動(dòng)，所以顏料顆粒會(huì)再次凝聚。

顏料的分散穩(wěn)定有兩種理論：

（1）電荷穩(wěn)定理論

使顏料微顆粒表面帶上一定量電荷，形成雙電層，借助雙電層之間的排斥力使粒子之間的吸引力減弱，從而實(shí)現(xiàn)顏料的穩(wěn)定狀態(tài)。涂料、油墨現(xiàn)在很多是利用電荷作用穩(wěn)定分散，黏膠纖維等原液著色也多利用雙電子穩(wěn)定機(jī)制。

（2）空間位阻穩(wěn)定

空間位阻機(jī)制主要是在體系中導(dǎo)入不帶電荷的高分子化合物，使其吸附于顏料表面，利用大分子鏈的位阻作用隔離顏料粒子，從而實(shí)現(xiàn)分散穩(wěn)定狀態(tài)。在塑料著色加工中主要采取的就是空間位阻穩(wěn)定機(jī)制。涂料和油墨體系現(xiàn)在也多用高分子分散助劑，其分散穩(wěn)定效果優(yōu)于電荷穩(wěn)定機(jī)制。市場(chǎng)上的高分子分散劑也越來越多，并且有帶電荷的高分子分散劑，雙重機(jī)制同時(shí)穩(wěn)定顏料顆粒分散。

在實(shí)際生產(chǎn)加工中，以上所述的過程是同時(shí)發(fā)生的，并不是按照順序進(jìn)行。例如色漿的制備，助劑基本是統(tǒng)一添加的，顏料的投料分散工序就已經(jīng)在進(jìn)行潤(rùn)濕、分散和穩(wěn)定過程了；研磨時(shí)，顏料顆粒破碎后馬上被潤(rùn)濕，然后分散穩(wěn)定。

如何有良好的顏料分散效果

顏料的良好分散需要多方面共同作用，如顏料、助劑、加工工藝及設(shè)備等。

（1）顏料的選擇：顏料可生產(chǎn)處理不同，所得到的顏料分散能力不同，現(xiàn)在的顏料生產(chǎn)商都會(huì)進(jìn)行顏料表面處理，表面活性劑的處理利于在著色體系中分散性。還有顏料的粒徑大小，粒徑小、堆積體積大不利于潤(rùn)濕分散。

（2）助劑選擇：助劑包括分散劑、潤(rùn)濕劑等?，F(xiàn)在超分散劑發(fā)展較快，嘗試多種助劑復(fù)合使用，協(xié)同作用均利于顏料分散。此外，著色體系中的其他助劑不能夠影響著色劑顏料的分散。例如塑料著色中潤(rùn)滑劑等會(huì)減小剪切作用力，對(duì)顏料的分散效果有影響。

（3）加工工藝及設(shè)備：塑料著色體系的加工條件（如溫度、時(shí)間等）對(duì)著色劑的分散效果有影響，溫度過高會(huì)導(dǎo)致剪切力不夠，時(shí)間短同樣分散效果不佳。涂料和油墨等液體體系著色時(shí)，預(yù)分散和研磨時(shí)間及設(shè)備轉(zhuǎn)速均影響。塑料著色選用雙螺桿擠出機(jī)或密煉機(jī)利于顏料分散，加長(zhǎng)雙螺桿長(zhǎng)徑比、反復(fù)多次造粒均能達(dá)到良好的分散效果。涂料油墨等選用臥式研磨機(jī)利于顏料分散，三輥研磨和立式研磨機(jī)會(huì)存在研磨死角，影響顏料分散效果；當(dāng)然增加研磨時(shí)間是比較常見的彌補(bǔ)方法。

如今著色多使用預(yù)分散機(jī)制，例如色母粒、色漿的使用，能很好的解決分散問題。因此，對(duì)于色母粒、色漿的技術(shù)要求越來越高了，具有良好的顏料分散的色母粒和色漿才能更多應(yīng)用于各著色體系。

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