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影响溶剂型色浆研磨效率的因素来源：涂料与涂装资讯网 2009-11-17 点击： 【大 中 小】 周荣华（深圳市天健涂料科技开发有限公司518034） 摘要：考虑树脂、色粉、分散剂、溶剂的选择准则和颜基比的计算对溶剂型色浆配方进行设计，并在一定的研磨工艺基础上，通过对达到合格细度时所需研磨时间的比较，来评价色浆的研磨效率。简单分析了研磨设备的选择对色浆研磨效率的影响。 关键词：色浆研磨；研磨工艺；溶剂型色浆 色漆是一种含颜料的涂料，涂膜具有不透明性（采用透明颜料时则例外），具有保护、装饰或其他特殊功能。色漆与清漆的主要区别是在色漆中含有分散稳定的颜料。色漆的生产工艺决不是颜料、漆料的简单混合搅拌，必须通过有效的加工，先将颜料分散在漆料中制成色浆，而如何提高色浆的研磨效率则成为色浆生产过程中主要考虑的问题。本文简单分析了影响溶剂型色浆研磨效率的因素。 1实验部分 1.1原材料 所用树脂见表1。 表 1 色浆研磨用树脂 实验用色粉见表2。 表 2 色浆研磨用色粉 所用分散剂为BYK公司生产的BYK-163高相对分子质量嵌段共聚物溶液。 所用溶剂见表3。 表 3 色浆研磨用溶剂 1.2实验配方 1.2.1颜基比的计算 色浆必须含有尽可能少的研磨树脂，以便将树脂对漆膜性能的不利影响降至最低。但过少的研磨树脂在色浆加入期间，特别是在使用低剪切力添加时会由于树脂冲击而致结粒，并导致色浆粘度可能极高。研磨树脂含量增加一般会使色浆的操作较容易。从理论上说不含树脂的色浆是最理想的，因为它们不含研磨树脂，因此防止了有限相容性问题及对涂料性能可能的不利影响。对溶剂型系统来说，由于能防止色浆中颜料的絮凝和干燥倾向，大多使用含有研磨树脂的色浆。 为了合理地制订浆料的工艺配方，可以用下述方法计算颜料和漆料的质量比。 古氏（Guggenheim）经验公式： 古氏（ Guggenheim ）经验公式 式中：Wv漆料质量，kg； Wp颜料质量，kg； S漆料的固体含量，； 漆料的粘度，P； OAc颜料吸油量 采用7088S60丙烯酸树脂，按照古氏（Guggenheim）经验公式计算出各颜料与之的质量比，结果见表4。 表 4 各颜料与 7088S60 的质量比 1.2.2色浆参考配方 参考上述颜基比的计算结果，再根据实际生产经验，对色浆配方进行设计，见表5。 表 5 各色浆的参考配方 1.3色浆研磨工艺 （1）如果研磨树脂为固体形式，首先制成溶液。 （2）将研磨树脂溶液，溶剂和润湿分散剂预混合（手工或用高速分散机）。 （3）若有防沉剂，此步骤可将防沉剂加到上述树脂溶液中分散均匀。 （4）加颜料并用高速分散机混合，在含有无机颜料的配方中应在搅拌下进行添加（由于高颜料含量之故），搅拌升温至50。然后静置过夜或24h后投入研磨分散工序。 （5）加入玻璃珠（研磨介质）。 （6）研磨分散，对实验室研磨设备来说，最好是用Dispermat（CV型）立式砂磨机。 （7）将研磨介质过滤掉。 1.4色浆性能测试 （1）色浆细度：用赫格曼细度计进行测定。 （2）色浆粘度：可用手工搅拌来进行定性试验，色浆应容易从刮刀上流下来。为获定量结果，必须采用旋转粘度计，合适的仪器是布鲁克菲尔德粘度计。 2结果与分析 2.1色浆性能检测结果 色浆性能检测结果见表6。 表 6 色浆性能检测结果 2.2树脂的选择标准与用量 对溶剂型色浆来说，最常用的研磨树脂是丙烯酸酯树脂、酮/醛树脂和醇酸树脂。研磨树脂的选择准则是：相容性，漆膜性能和流变性。研磨树脂的相容性决定了色浆的使用范围。醛酮树脂具有较为宽广的相容性，极经济有效，是一般工业涂料中作通用色浆的理想研磨树脂。丙烯酸酯树脂展现出较为有限的相容性但证明有较好的漆膜性能。由于它们价格较高，故主要用于高质量的工业涂料中（双组分和烘烤体系）。醇酸树脂主要用于建筑涂料的色浆，它们在中油度和长油度醇酸体系中表现出良好的相容性，价廉，但在高质量工业涂料中则不推荐。而另一方面色浆中树脂与分散剂会在颜料表面互相竞争，相对来讲分散剂在颜料表面的吸附牢度更强，树脂在颜料表面，只是起“润湿”作用，它并不长久沾在颜料表面，时间久了，树脂将慢慢离开颜料表面而导致絮凝。因此，在选择研磨树脂时，应考虑树脂的成膜功能，而并不需要选择一支特好的“润湿”树脂。除此之外，我们还应考虑研磨料中的树脂含量是否足够维持配方的稳定性。设计色浆配方的第一步是检验研磨树脂与所有可能的配漆用树脂的相容性。用配漆用基料制备清漆，然后加入10%的研磨树脂（手工混合）。将此混合物注入小玻璃瓶中，并在玻璃上制刮涂膜（100m），应看不出混浊，析出或胶化。评价必须在混合后立即进行并在24h后再进行重复。我们对比7088S60、PA9300、GD-6502-703种树脂分别磨出来的色浆，得出PA9300具有最广泛的相容性，7088S60各方面的性能都很好，而GD-6502-70性能较差、相容性也不好。考虑到成本的因素，我们选择7088S60作为研磨色浆的主体树脂。 2.3色粉的选择标准 根据着色的对象和环境要求，色粉主要分为耐晒和不耐晒两种。一般来说，内用体系在不存在相容性的情况下，以达到颜色要求成本最低为原则，不要求耐晒。而外用必须要考虑以下因素： （1）耐光、耐候性； （2）耐化学介质性（主要是耐酸耐碱性）； （3）与使用体系的相容性； （4）着色强度、遮盖力及展色性； （5）色浆与色浆之间匹配性； （6）色浆的贮存稳定性。 一般，外用涂料对保色性的要求相当严格，因此在选用色浆时尤其要注意色浆的耐光耐候性和耐酸碱性。另一个重要因素是成本。考虑以上因素，实验中主要选择了PT5326、F5RK、M4L8、R706、100、G313这几款性能优越，价格较低的具有代表性的色粉。 2.4分散助剂的影响 稳定颜料的润湿分散剂的用量取决于颜料的比表面积。因为助剂必须覆盖全部的颜料表面，具有较大表面积的颜料（即较小的粒径）就需要更多的助剂，如果分散助剂用量不足，颜料表面空余点过多，造成絮凝；而如果助剂用量过多，则会在漆内形成胶束，影响涂膜的抗水性。颜料的吸油量和BET表面积可作为助剂用量的参考依据。对许多广泛使用的颜料来说，在颜料数据库里可找到最佳助剂用量。也可根据实际经验来计算高相对分子质量分散剂的用量，实验证明用于分散无机颜料时，BYK-163的加入量约为其吸油量的10%；用于分散炭黑时，BYK-163的加入量约为其DBP值的20%；用于分散有机颜料时，BYK-163的加入量约为其BET值的25%50%。 2.5溶剂的影响 溶剂型色浆的溶剂选择并不严格，乙二醇丁醚、100#重芳烃、丙二醇甲醚醋酸酯与研磨树脂和润湿分散剂二者间都有很好的相容性，并且具有较慢的挥发速度。色浆中必须避免只使用芳香烃溶剂，因为它会造成不适宜的流变性。另外，出于对生态环境保护的考虑，配方中亦应尽量减少使用芳香族溶剂。在研磨色浆的工艺中，溶剂可分两批加入色浆中，第一批在前期溶解树脂、分散剂及润湿色粉用，第二批可在研磨过程中，洗缸时加入。 2.6研磨工艺的影响 在色浆研磨工艺中，步骤4是非常重要的，我们按照各色色浆的参考配方分别进行如下实验：1）颜料与树脂、溶剂、分散剂高速搅拌混合后，不静置，直接进入色浆研磨阶段。2）颜料与树脂、溶剂、分散剂高速搅拌混合后，静置过夜或24h后投入研磨分散工序。对比1）和2）之间色浆细度同样达到10m时所需时间，见图1。 图 1 不同研磨工艺对研磨时间的影响 从图1中可以看出：将预混合好的研磨漆浆经静置过夜较之立即进行研磨分散自动深入的深度相差约516倍。这是因为颜料在湿润的过程中粘性的液体漆料缓慢而持续地渗入堆积紧密的颜料间隙需要一定的时间，将研磨漆浆预混合后并籍以机械搅拌下令漆料温度达到50后静置过夜，次日再进行研磨分散的操作方法，可使漆料表面张力降低，更有利于润湿，而漆浆静置过夜或静置24h，提供了润湿所必须的时间，从而提高润湿的效力，起到节约能源的作用。 2.7研磨设备的选择 研磨设备的选择，对颜料在漆料中的分散状态、最佳颜料性能（着色力、遮盖力、耐候性等）的利用程度，以及由此而导致的漆液和涂膜的性能，起着重要作用。因此，和精心设计色漆配方一样，正确的选择研磨分散设备及其工艺手段，形成高效实用的色漆生产工艺，同样是保证产品质量的重要环节。并且在节省能源、降低消耗、提高生产效率方面有着更广泛的意义。以天然石英砂、玻璃珠或陶瓷珠子为分散介质的砂磨机，对于细颗粒而又易分散的合成颜料、粗颗粒或微粉化的天然颜料和填料等低中粘度易流动的漆浆，都是高效的分散设备。其生产能力高、分散精度好、能耗低、噪音小，溶剂挥发少、结构简单、便于维护、能连续生产。因此，在多种类型的底漆生产中获得了广泛的应用。但是，它用于加工炭黑等细颗粒而难分散的合成颜料时生产效率较低。球磨机同样也适用于分散易流动的悬浮分散体系，它适用于分散任何品种的颜料，对于分散粗颗粒的颜料、填料、磨蚀性颜料和细颗粒又难分散的合成颜料有着突出的效果。卧式球磨机由于密闭操作，故适用于要求防止溶剂挥发及含毒物的产品。由于其研磨细度难以达到15m以下，且清洗换色困难，故不适于加工高精度的漆浆及经常调换花色品种的场合。三辊机生产能力一般较低、结构复杂，手工操作劳动强度大、敞开操作溶剂挥发损失大，适用于高粘度漆浆和厚浆型产品。三辊机易于加工细颗