湿法激光粒度分布仪在水性色浆中的应用

1、湿法激光粒度分布仪在水性色浆中的应用杜长森 万强 摘要：介绍一下湿法激光粒度分布仪的基本原理，应用湿法激光粒度分布仪对研磨水性色浆的粒度分布测定，不仅可以很好地控制研磨过程中色浆颜料分散体的粒度分布状态，同时也能合理指导不同物料研磨物料研磨生产工艺的制定，可以有效地节省能源及提高工作效率。关键词：湿法激光粒度分布仪、水性色浆、粒度分布、细度、遮光率等0引言在现实工作中,很多科研领域诸如能源、医药、化工、建筑及环保等都与粒度大小，分布息息相关,而粒度分析的检测方法基本上可归纳为以下几种:筛分法，显微镜法，沉降法，光散射法，电感应法，渗透法，气体吸附法，图像分析法等,其中基于光散射法的激光粒度仪由

2、于具有测量速度快，测量范围广，数据可靠，重复性好，自动化程度高，便于在线测量等优点而近年来被广泛采用。水性色浆是通过多种表面处理剂、体系稳定剂及助溶剂等功能添加剂将粉末颜料均匀分散在水相中，形成均一、稳定的颜料分散体，呈可流动的浆状物；也是我们在很多资料或文献中所提到的颜料制备物的一种。目前相当多的水性色浆生产厂家采用宏观测量法，如刮板细度计法、筛分法等，难以给出详细颜料分散体粒度分布，只能用色浆中颜料分散体相对集中的大颗粒大小或多少目筛网通过来描述，是一个模糊概念。而在很多使用水性色浆的领域都要求水性色浆粒度分布状况，只是国内大多数色浆制备厂家还不具备购买湿法激光粒度分布仪的条件，无法提供产

3、品的粒度分布报告，使得有些对粒度有要求的厂家只好采用溶解染料或直接购买液体染料来代替，往往性价比不抬合理或是达不到颜料的要求。如亲水铝箔涂料用色浆最大粒径要求小于1.5,中性笔墨水用色浆最大粒径为1.0,还有打印机墨水、喷绘墨水、各类高档油墨、电泳、电镀等方面用水性色浆对粒度分布都有更高的要求,这是用一般传统的刮板细度计法或筛分法又无法实现的，因此用湿法激光粒度分布仪对颜料在水相中分散（制备水性色浆）意义非常重要。1湿法激光粒度分布仪基本原理及概述激光粒度分布仪集成了激光技术、现代光电技术、电子技术、精密机械和计算机数据处理技术，具有测量速度快、动态范围大、操作简便、重复性好等优点。其原理是光

4、散射理论、激光衍射法及光能数据分析算法等，湿法激光粒度分布仪是由激光系统、湿法分散系统、探测系统、数据处理及分析操作软件等组成。湿法测时，在Fraunhofer（佛朗和费）衍射法中，衍射光的强度分布同粒子的化学成分、折射率等性质无关，而同粒子的大小、形状等几何因素有很大的关系，粒子的衍射环不受粒子移动的影响，始终以光轴为中心，被测定的光强度同粒子个数成一定的比例关系，利用这一衍射环可以测定出粒子群的粒径分布。目前，国内激光粒度分布仪还处于干法测量，湿法测量仪器还处于研发阶段，湿法激光粒度仪主要以国外为主，如英国的马尔文，德国的SYMPATEC，美国的COULTER、BROOKHAVEN，法国的

5、CILAS，日本的HORIBA导津及 等。2实验部分2.1实验仪器德国SYMPATEC的HELOS/QUIXEL粒度仪，采用氦光源，利用Fraunhofer原理，量程0.135.0,实验室卧式研磨机,SF04高速搅拌机,研磨介质(氧化锆珠),千分电子秤 ,050刮板细度计等2.2实验原料有机大红颜料, 偶氮黄颜料，酞菁蓝颜料,制备水性色浆的多种功能添加剂等2.3实验内容与方法a. 将49份的有机大红颜料，34份的蒸馏水和其它助溶剂，15份的功能添加剂通过高速分散机高速搅拌30min(转速11001200r/min)水性有机大红色浆预分散体b. 将40份的偶氮黄颜料，47份的蒸馏水和其它助溶剂，

6、13份的功能添加剂通过高速分散机高速搅拌30min(转速11001200r/min)水性偶氮黄色浆预分散体c. 将48份的酞菁蓝颜料，35份的蒸馏水和其它助溶剂，17份的功能添加剂通过高速分散机高速搅拌30min(转速12001300r/min)水性酞菁蓝色浆预分散体2.4色浆预分散体研磨（用于各类高档产品的水性颜料浆研磨过程）本实验是对红、蓝、黄及黑四种基础颜色进行研磨制备色浆。将a、b、c、d四种不同颜色、不同颜料类型先做好预分散体，并对其进行循环研磨，采用卧式研磨机填充70%氧化锆珠，要求控制进料口压力低于0.6Mpa、电流小于50A及温度不高于60。研磨循环取样测试：研磨初始入料（预分

7、散体）a0、b0、c0、d0，第一次出料a1、b1、c1、d1，第二次出料a2、b2、c2、d2 2.5测试内容及方法50A及温度不高于60，得出:表1：水性有机大红色浆循环研磨次数与粒径、直观细度关系项目 a 0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8细度 50 50.0 30.0 25.0 20.0 17.5 15.0 12.5 12.5X50 - 3.57 2.05

8、0;1.59 1.35 1.20 1.10 1.04 0.89X90 - 15.25 11.01 8.86 7.36 6.05 5.02 3.89 2.88X99 - 23.95 19.12 16.86 13.09 11.19 9.44 7.46 5.13表2：水性偶氮黄色浆循环研磨次数与粒径、直观细度关系项目 b0 b1 b2 

9、;b3 b4 b5 b6 b7 b8细度 50 30.0 22.5 17.5 15.0 12.5 12.5 12.5 12.5X50 - 0.66 0.63 0.62 0.61 0.59 0.59 0.58 0.58X90 - 2.46 1.66 1.47 1.40 1.37 1.33 1

10、.33 1.31X99 - 18.67 14.2 11.22 9.07 7.21 4.24 3.73 2.86表3：水性酞菁蓝色浆循环研磨次数与粒径、直观细度关系项目 c 0 c1 c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8细度 50 50.0 30.0 25.0 20.0 17.5 17.5 15.0 15.0X50&

11、#160;- 2.84 2.31 2.01 1.80 1.67 1.55 1.49 1.37X90 - 11.16 9.82 8.14 6.75 5.55 5.21 4.90 4.05X99 - 18.3 18.02 16.51 14.71 13.00 12.08 9.85 8.33相同的设备、工艺条件对不同颜色预分散体进行循环研磨，研磨

12、效率是不同的，它们的直观细度、粒度分布改变也是不同的，因此，在制备不同水性色浆时，不仅是初始配方有差异，同时对设备、工艺制定也有很高要求，同时宏观与微观对粒度描述也存在很大差异,在一些对色浆粒径大小、粒度分布要求准确的使用领域，只有通过湿法激光粒度分布仪来测定色浆中颜料分散体的微观分布状态，而用刮板细度计等仪器是无法实现的。3.2颜料分散体粒度分布对色浆遮光率的影响通过本实验对有机大红、酞菁蓝颜料两种研磨浆料循环研磨次数取样分别测定相同添加量所对应的X90和遮光率，可以发现同一颜料水性色浆，粒度分布越窄，遮光率越小，遮盖力就越低，相应的透明度、鲜艳度就会提升。3.3通过湿法激光粒度分布仪测定颜

13、料预分散体研磨过程中物料的粒度分布,可为研究水性色浆分散性、对粒子长粗，絮凝等都能很好的描述。通过对某一蓝色色浆研究样品粒度分布测定结果：在经过超声波强功率分散后，每隔10s测量一次（详细时间图中标示），粒径测量结果重现性差，且每次测量其各分布点粒径比前一次结果均明显增大，说明在超声波震荡分散完全后，静置过程中有明显絮凝，粒子与粒子之间相互吸附、长粗形成大颗粒。通过湿法激光粒径分布仪的测定，可以明显观测整个絮凝过程，对水性色浆配方设计具有很强指导意义。3.4测量条件对研磨浆料的结果影响通过调整超声波功率及遮光率的大小对色浆粒度分布进行测定，超声波是助分散，其空化作用对消泡，对分散都有一定的帮助

14、，而遮光率则是对同一样品添加量的直观描述，一般说来添加量大也就遮光率高。实验具体内容：测试名称：超声波对色浆粒度变化的影响 目的：寻找其中规律检测样：508-1（用于中性笔墨水中的碳黑色浆）测试标准为 copt=10±1 pump =80% 100% power =60w ultrasound=60s每次测量取六个点，然后统计平均得到以下数值。超声功率 X10 X16 X50 X84 X90 X9920% 0.15 0.18 0.45 1.39 1.92 3.564

15、0% 0.14 0.16 0.36 0.82 1.03 2.5860% 0.14 0.17 0.36 0.79 0.98 1.8180% 0.14 0.16 0.35 0.76 0.94 1.83100% 0.14 0.16 0.35 0.75 0.93 1.88测试名称：copt 遮光率对色浆粒度变化的影响 目的：寻找其中规律检测样：508-1 （用于中性

16、笔墨水墨水中的碳黑色浆）ultrasound=60s测试标准为 power=100% pump =80% ultrasound=60s每次测量取六个点，然后统计平均得到以下数值Copt X10 X16 X50 X84 X90 X996.87 0.14 0.16 0.33 0.72 0.89 1.6310.44 0.14 0.16 0.34 0.74 0.92 1.6916.20 0.14 0.16 0.34 0.74 0.91 1.9620.21 0.14 0.16 0.34 0.73 0.87 1.4426.38 0.14 0.16 0.34 0.76 0.94 1.65小结：超声波对色浆分散是有帮助，当其功率在60%100%我们认为其