涂料界面原理与应用

1 涂料界面原理与应用 刘引烽编著 第五章颜料分散及涂料粘结 第二节润湿性与分散性 2 第二节润湿性与分散性 一 颜料的表面特性二 液体对固体的接触角三 润湿性四 分散性 漆料漆料对颜料表面的润湿 颜料的分散 涂料在基材表面的涂布与固液界面有关 针对液体对固体的润湿性和固体在液体中的分散性 进行固液之间的界面关系讨论 3 一 颜料的表面特性 颜料的表面特性 分散度较高固体颗粒 比表面积大 较高表面能 团聚现象 表面原子价或分子力场不饱和 较强的吸附能力 粒子的极度分散与破碎 增加了表面积 同时也增加表面的微观棱角 使其吸附能力大大增强 颜料的吸附能力表征 吸油量 定义 在定量的粉状颜料中 逐步将油滴人其中 使其均匀调人颜料 直至滴加的油恰能使全部颜料浸润并粘在一起的最低用油量 折算成百分含量就是吸油量 影响因素 颜料的吸油量和颜料颗粒间的空隙度 比表面积大小 颗粒形状 颜料表面状态等因素有关 意义 吸油量是颜料应用于涂料的一个重要指标 吸油量大的颜料比吸油量小的颜料在调配同样稠度的漆浆时 要耗费较多的漆料 4 二 液体对固体的接触角 杨氏方程或润湿方程 F B 接触角滞后 表面污染 表面不均 5 三 润湿性铺展润湿浸渍润湿粘附润湿 0 G 0 90o G 0 Any G 0 6 Wenzel方程铺展润湿浸渍润湿粘附润湿 cos 1 G 0 cos 0时 粗糙度 更润湿cos 0时 粗糙度 更不润湿 表面粗糙度的影响 7 树脂的表面 低能 润湿性 液固界面 固体临界表面张力临界表面张力 c测定八溶剂法 混合溶剂法 水 72 8 甲酰胺 58 2 乙撑氰醇 44 4 二甲亚砜 43 0 N 甲基 2 吡咯烷酮 39 0 2 吡咯烷酮 37 6 二甲基甲酰胺 35 2 丙酮 23 7 甲酰胺 58 2mN m 乙二醇单乙醚 30mN m x为组分在表面层中的摩尔分数 图5 21液体在PTFE表面润湿时的Zisman图 8 一般加入的杂原子越多 润湿性就越好 固体的润湿性与其组成元素有关 一般有下列顺序 9 金属及其氧化物 玻璃 陶瓷等高能表面具有很大的表面能 容易被润湿 也极易被污染 暴露在一般环境下的高能固体表面往往会覆盖一层吸附的水膜或有机杂质膜 从而转变成低能表面 有些有机液体在高能固体表面上发生吸附后 非极性烃基朝向空气定向排列 致使其临界表面张力比液体本身的表面张力还低 其结果是这类液体不能在自身单吸附膜上铺展 这种现象通常称为自憎现象 底材被低能物质所污染 在涂膜时就容易形成缩孔等弊病 4 高能表面的润湿性 10 1 分散功 四 分散性 11 2 絮凝功 体系自由能变化为 体系对外做功为 固液表面张力相等 则没有絮凝的趋势 表面张力匹配 则颜料分散好 而为了使涂膜能在颜料上铺展 则应使涂料的表面张力刚好稍低于颜料粒子的表面张力 这样可避免浮色 12 3 絮凝与反絮凝 絮凝 絮凝力来决定 絮凝力大于零 颜料粒子可由强烈吸引到很弱吸引 絮凝程度由高到低 絮凝力等于零 颗粒之间相互排斥 颗粒间处于反絮凝状态 絮凝力小于零 絮凝到反絮凝的转化 微絮凝状态可以兼顾涂料各方面性能 轻微共絮凝还可避免漂浮和严重沉淀 体质颜料可以用作其他颜料的共絮凝剂 是控制白色颜料和彩色颜料间的分散状态差异 改善涂料质量的有力工具 13 4 颜料的分散性 润湿热越大 分散功越大 絮凝功越小 则颜料的分散性越好 固体颜料与液体分散介质间表面张力必须匹配 既要有良好的润湿能力 又不能有较大的界面张力 沉淀体积的大小作为分散性的判据 由于分散性好的粉末在介质中容易沉淀为细密沉淀状态 结果沉淀体积小 而分散性不好的粉末沉淀时因易形成絮凝结构的松散沉淀 沉淀体积较大 颜料的表面处理及改性 有机颜料分散于水中 处理的目的是使之带有一定的极性 从而增加其在水中的润湿热 提高分散性 同时降低其界面张力 减小絮凝的趋势 无机颜料分散于有机溶剂中 在其表面接枝一些非极性官能团 以降低粒子间的相互作用 降低其絮凝趋势 无机颜料分散于水中 极性的固体粒子虽然能被极性介质所润湿 分散性好 然而由于极性介质会润滑粒子的沉降途径 促进粒子的沉降过程 最终将产生细密的沉淀 在体系中通过增稠剂来提高体系的黏度 减小其沉降速率 同时对颜料颗粒表面进行表面处理 适当降低极性 减小水与无机颜料间过强的相互作用 使之更易于分散 提高分散稳定性 14 粉状粒子被润湿液体弄湿时 互相间会豁附得很紧 这种现象就是毛细黏着 平板间的毛细黏着 球形粒子间的毛细黏着 5 颜料粒子毛细黏着 15 毛细压力在乳胶粒子成膜过程中起着十分重要的作用 随着水分的不断挥发 乳胶漆中的粒子相互间越来越靠近 当乳胶粒子相互接触时 粒子间受到较强的毛细压力作用 有相互挤集的趋势 并相互大力挤压 由于乳胶粒子具有较强的变形能力 在毛细压力作用下乳胶粒子发生变形 并把水分进一步排挤出来 该过程继续进行 最终使乳胶粒子相互合并而成膜 毛细压力严重妨碍了粉状粒子的分散 粒子被润湿液体弄潮后 相互间粘接得很紧 如果是亲水的微粒 则在潮湿的环境中 水蒸气会促进粉末间的附着 分散时 如果成团的颜料突然浸进分散介质 结果可能是成团的颜料外层被润湿 并有效地封闭了内核 使之不能进一步与分散介质接触 陷在内部的空气也阻止了分散介质通过毛细管浸透作用而进一步进人干核 因此 在分散操作时 必须遵守正确的混合方法 而在贮存过程中 也要考虑豁着结块的问题 16 置换颜料堆积空隙中空气的方法是将颜料投人液体漆料中 这样液体从底部进入颜料堆的通道和空间 被置换的空气被排斥由顶部逸出 通过毛细管的湿润只能慢速进行 而且即使在最有利的条件下也只能达到一定限度 研磨可以将粒