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云母钛珠光颜料是一类新型的非金属颜料,它以云母粉为基材,表面包覆一层高折射率的TiO2 透明薄膜,通过光的干涉或反射产生出从柔和缎面到耀眼闪烁的珠光光泽,具有华丽的装饰效果,适宜于高档汽车、摩托车、内外墙的表面涂饰[1 ] 。但是,在使用过程中珠光颜料必须很好地分散在有机相中才能制备成高档珠光涂料。由于珠光颜料表面包覆的TiO2 具有强极性,在有机相中易凝聚成团并沉降,其分散性和分散稳定性都很差,直接影响了珠光颜料本身优异性能的发挥和进一步的推广应用。作者采用有机表面活性剂对珠光颜料进行表面包膜改性,极大地改善了珠光颜料在油漆中的分散稳定性,提高了珠光颜料的使用性能,方法简单易行,成本低,效果好,具有工业应用价值。
1 实验
1. 1 原料
三乙醇胺、聚乙烯醇、二月桂酸二丁基锡,均为CP ;甲基含氢硅油、A – 151 、A – 174 ,晨光化工研究院;聚酯漆,深圳光华合成材料有限公司;云母钛珠光颜料(平均粒径30～40μm) ,自制。
1. 2 包膜方法
将5 g 珠光颜料均匀分散于适量无离子水中,搅拌升温至包膜所需的温度,加入有机改性剂,其用量为珠光颜料质量的0.2 %～0.8 % ,恒温包膜1 h后冷却搅拌0.5 h ,直接过滤干燥得产品。
1. 3 珠光颜料分散性的表征
以珠光颜料在油漆中的沉降性表示[2 ] :取0.3 g已包膜和未包膜的颜料分别分散于等体积油漆稀释剂中,加入等体积聚酯漆,搅拌均匀制成珠光漆,将珠光漆用稀释剂控制在适当的黏度并分别装于比色管中,充分混合、震荡,竖直放在试管架上,记录珠光漆中开始出现颜料沉淀所用的时间(初始沉降时间)或放置不同时间后颜料的沉降高度并计算颜料在漆中的沉淀质量分数。初始沉降时间越长或相同时间内颜料在漆中的沉淀质量分数越小,颜料的分散性能越好。
2 结果与讨论
2. 1 工艺条件
2. 1. 1 分散介质
包膜改性过程中一般应使用去离子水做分散介质而不宜用自来水。因为如果颜料颗粒表面带负电荷,则硬水中的Ca2 + 、Mg2 + 等阳离子会使颗粒表面的负电荷中和而凝聚。反之,如果颜料颗粒表面带正电荷,则硬水中的Cl – 会中和正电荷而凝聚。用去离子水有利于颜料颗粒的分散。
2. 1. 2 颜料浆液浓度
颜料浆液浓度过大会使粉体分散不良,形成颜料的软团聚,仅使得部分颜料颗粒表面被包覆;浓度过低则会造成母液量大,能耗增加。一般水与珠光颜料的质量比最好控制在(4～6) ∶1 。
2. 1. 3 搅拌转速
整个包膜过程应始终保持较高的搅拌速度,靠机械作用使团聚体颗粒间尽可能脱离接触而充分分散到介质中,改性剂才能均匀包覆在颗粒表面,获得好的改性效果。一般应保证搅拌转速在200～250
r/ min。
2. 1. 4 包膜温度
比较高的温度有利于团聚体的分散,但温度过高会使改性剂在表面成膜困难或不稳定,甚至不能成膜;温度过低则会使表面形成的膜比较疏松,包膜温度一般控制在40～50 ℃。
2. 2 有机改性剂的筛选
根据珠光颜料表面TiO2 包覆层的极性,选择了6 种有机表面活性剂对珠光颜料分别进行表面改性实验,每种改性剂的加量均为颜料质量的0. 5 %。将改性后的颜料制成珠光漆,观察颜料的初始沉降时间,结果见表1 。
由表1 可见,不同有机改性剂对提高珠光颜料在油漆中分散效果由好到差分别为:A – 151 > A -174 > 甲基含氢硅油> 三乙醇胺> 聚乙烯醇> 二月桂酸二丁基锡。特别是经有机硅化合物A – 151改性后的颜料,在油漆中具有很好的分散稳定性,它在油漆中的初始沉降时间由015 h 延长到72 h 。导致颜料改性效果差异的原因在于各种改性剂的改性机理不同。由于珠光颜料表面包覆的二氧化钛分子极性很强,使得颜料表面易吸附水分子并使水分子极化而形成表面羟基,从而亲水疏油。对颜料进行表面改性的目的是使颜料表面不具有极性分子。因此,表面改性剂必须能在颜料表面形成致密均匀的薄膜,隔离TiO2 极性基团,同时又能与有机相结合,起中介作用将极性的无机相与非极性的有机相连接在一起。
阻效应,能阻止颗粒的相互接近,对颜料起到一定的分散作用,但是由于其分子结构中没有有效的极性基团与无机相颜料颗粒牢固相连,因此包膜改性效果并不理想。
2. 3 改性剂A – 151 的最佳用量
A – 151 用量对珠光颜料分散性的影响较大。用量太少,会使包膜不充分或不均匀致密,分散性自然不好。改性剂A – 151 的用量对分散性的影响见表2。
表2 A – 151 用量对珠光颜料分散性的影响〔以w (漆中沉淀颜料) / %计〕
随着A – 151 用量的增加,放置同样的时间后颜料沉淀质量分数减小,即珠光颜料在油漆中的分散稳定性增加。但是用量达到一定值后,颜料的分散性不再增加,说明只要表面处理剂在颜料表面形成一层致密均匀的薄膜,就能起到隔离TiO2 极性基、改变颜料表面性质、提高颜料分散性的作用。同时,改性剂用量太多还会影响珠光颜料的光泽。实验结果表明,A – 151 与珠光颜料的最佳质量比为0.6∶100 。在未加任何其他分散剂的情况下,用最佳配比的A – 151 改性后的珠光颜料配制成的珠光漆经放置240 h 后颜料与油漆无明显分层,颜料在油漆中的初始沉降时间(72 h) 比未改性的珠光颜料(在漆中的初始沉降时间为0.5 h ,完全沉降时间为48 h) 延长144 倍。
3 结论
通过对云母钛珠光颜料进行表面包膜改性,可以显著提高其在油漆中的分散稳定性。其中有机硅化合物A – 151 的表面改性效果最好,改性后的珠光颜料在油漆中的初始沉降时间由015 h 延长到72 h。适宜的改性工艺条件为: m (H2O) ∶m (颜料) = (4～6)∶1 , m (A – 151) ∶m (颜料) = 0.6∶100 ,包膜温度40～50 ℃,包膜时间1 h ,搅拌转速200～250 r/ min。
