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  颜料在塑料中的分散_能源/化工_工程科技_专业资料。钛白粉应用

  颜料在塑料中的分散 —— 赵秀英 颜料在塑料中的分散 一。颜料分散的意义 二。颜料的分散理论 三。颜料的润湿和细化 四。颜料细化后的稳定化 五。国内外色母粒经典生产工艺剖析 一。颜料分散的意义 ? 概念:分散 ? 概念:着色力、遮盖力、折射率 ? 颜料的分散对制品外观的影响 ? 颜料的分散对着色制品质量的影响 ? 颜料粒径与着色力的关系 ? 颜料粒径与遮盖力的关系 概念:分散 ? 两层含义: (1)被分散介质在体积上的减小和统一过程; (2)被分散介质在空间分布上的均匀过程。 对于树脂中的颜料来说,就是大的颗粒破碎 成为小的颗粒并最终统一在某一尺度范围内, 同时这些颗粒在树脂基体中均匀分布。 颜料分散的关键:颜料的充分细化 分散性 1、影响因素:粒径大小、比表面积、表面自由 能、表面电荷、PH、极性、表面吸附状态; 2、分散、团聚、最低能量原理、有机物包膜剂 3、分散性的好坏不仅影响钛白粉的消色力、遮 盖力、吸油量,而且也影响光泽和耐候性; 俗话说:物以类集,人以群分;门当户对。专 业谓之:相似相溶原理。建筑涂料用钛白粉必须从 特有的憎水性改为亲水性。水性、油性涂料与塑料 因其自身性质的不同,不可共用。而分散剂与涂料 的其它颜填料、助剂相亲相爱—配伍性。 钛白电镜照片:分散差 钛白电镜照片:分散较好 概念:着色力(消色力) 颜料着色能力和效率的度量,当两种颜料 使被着色物获得相同颜色时,用量少的着色力 高。 二氧化钛与另一种颜料混合后,能够得到 混合物显示它本身颜料的能力。对于二氧化钛, 它与一深色颜料混合后,混合物的颜色越浅, 表示它的消色力越强。 常用白色颜料折射率与着色力对比表 颜料名称 金红石型二氧化钛 锐钛型二氧化钛 硫化锌 锌白 铅白 立德粉 折射率 2.71 2.55 2.37 2.03 1.99 1.84 着色力(雷诺值) 1650-1700 1200-1300 660 300 300 260 着色力的影响因素: ? 消色力的大小与它的散射能力和折射率有关; ? 粒子的大小、形状、结构和粒度分布对消色 力有明显的影响,消色力随着粒度的减小和 粒度的均匀性的增加而增大; ? 钛白粉的消色力还与制备条件有关。 概念:遮盖力 颜料遮盖被着色物底色的能力。颜料加在透明的基 料中使之成为不透明,完全盖住基片的黑白格所需 的最少颜料量。 光学本质是由于颜料和与其周围介质折光率的不同 所造成。 折光率 相等—透明 大—强 小--- 弱 颜料的分散越好,其着色力和遮盖力就越高; 常见白色颜料遮盖力的相对值 颜料名称 金红石型二氧化钛 锐钛型二氧化钛 硫酸锌 立德粉 氧化锌 遮盖力相 对值 100 78 38 18 14 颜料名称 三氧化二锑 碳酸铅 硫酸铅 硅酸铅 遮盖力相 对值 14 10 9 8 概念:折射率 光线通过两个在光学上不同介质的界面 时,光的速度发生变化而改变入射方向产生 折射,这时光线入射角α的正弦与折射角β的 正弦比值(sinα/sinβ)称为折射率,也称折光 指数。 各种物质的折射率 原料名称 空气 水 油 树脂 碳酸钙 二氧化硅 立德粉 氧化锌 硫化锌 折光率 1 1.33 1.48 1.55 1.53 1.55 1.84 2.02 2.37 原料名称 钛白粉(锐) 钛白粉(金) 醇酸/聚脂树脂 丙烯酸 聚乙烯 聚苯乙烯 聚氯乙烯 折光率 2.55 2.73 1.54 1.50 1.51-1.54 1.59 1.52-1.55 钛白粉—白色颜料之王 颜料的分散对制品外观的影响 ? 颜料的分散直接影响着色制品的外观(斑点、 条痕、光泽、色泽及透明度); ? 分散得好,其平均粒径小,比表面积大,对 光线的作用就强,着色制品的外观就会显得 均匀、细腻、色斑少、色差小。同时可降低 成本。 钛白粉的平均粒径从300nm降至200nm, 尽量提高粒径在200nm左右粒子的含量,同 时要求粒度分布窄。 其工艺核心控制:水解、煅烧 水解:粒子形成的关键;自控与在线检测。 煅烧:脱水、锐态转化金红石,粒子长大, 协调白度、转化率、消色力的对立统一关系。 频 率 钛 白 粉 粒 径 分 布 粒径(微米) —— 旧钛白 —— 新钛白 金 红 石 钛 白 粉 粒 径 与 散 射 力 之 关 系 散 射 力 粒径(微米) 钛白粉大颗粒转换入射光 钛白粉小颗粒散射光 入射光(白光) 吸 收 与 散 射 黑色颜料吸收 白色颜料散射 钛 白 粉 粒 度 对 光 泽 的 影 响 粒径分布对涂料光泽的影响 粒径分布窄 光滑表面 高光泽 粒径分布宽 粗糙表面 低光泽 颜料的分散对着色制品质量的影响 ? 随着颜料粒径增大,制品的冲击强度和伸长率下降 颜料粒径与着色力的关系 粒 径 大于30μm 10~30μm 小于5μm 小于1μm 现 象 斑点、条痕 无光泽 可满足一般制品 纤维、超薄薄膜 一般情况下,颜料粒径越小,着 色力越高。例如,偶氮颜料粒子直 径在0.1μm、酞菁颜料粒径在 0.05μm时,具有最高的着色力。 颜料粒径与着色力的关系 颜料粒径与遮盖力的关系 遮盖力随着颜料颗粒大小(粒径)而变,是 散射和吸收的结果。 粒度及分布: 当粒径相当光波的1/2λ时光的衍射能(S)最 大,为其在全光谱范围得到高的反射率(可见光 波长为 400-700nm之间)。钛白粉的粒度粉 分 布应控制在200-350nm之间.粒径的减小,透明 性增强,遮盖力越来越差,粒径的增大,光的散 射作用越来越差,遮盖力逐渐减弱。 颜料粒径与遮盖力的关系 钛 白 粉 粒 径 大 小 对 遮 盖 力 的 影 响 颜料粒径与遮盖力的关系 颜料分散得好,粒径变 小,表面积增大,从而遮 盖力增加。 如图所示,粒径为0.1~0.2μm 时,遮盖力最大。 颜料粒径小于可见光波的波 长的一半时,产生了光的漫反 射和衍射,遮盖力下降。 二。颜料分散理论 ? 颜料分散前的形态 原生颗粒、凝聚体、团聚体 ? 颜料的分散过程 使用润湿剂润湿;颜料的粉碎和细化;细化后的 稳定化混合分散 原生颗粒(primary particle): 以单晶、块状、球形或微晶组成的大晶体形式存在。 凝聚体(aggregates): 由原生颗粒表面彼此吸附而成。 团聚体(agglomerates): 由原生颗粒或凝聚体疏松的组合,或者是这两者在边、 角上相互吸附而成的混合物。 颜料的分散细化,是将团聚体粉碎、细化的过程。 一 般 商 品 颜 料 颗 粒 粒 径 为 颜 料 生 产 过 程 示 意 图 250μm-750μm 颜料的分散过程 颜料的分散,第一步是使用润湿剂润湿 颜料,使颜料之间的凝聚力减小,便于第二 步颜料的粉碎和细化。粉碎细化后的颜料进 一步做包覆处理,降低新形成的界面表面能, 以便在进一步加工时,不致于使颜料产生再 凝聚现象,第三步细化后的颜料在熔体中能 均匀分散,由此,颜料的分散过程可以分为 三步:润湿、细化和细化后的稳定化混合分 散。 三。颜料的润湿和细化 ? 颜料的润湿 ? 颜料的细化(粉碎) 细化的基本方法:干混法、液体剪切法和熔体剪 切法。 颜料的润湿 颜料的分散首先要进行润湿。 润湿过程是用润湿剂(表面处理剂)润湿、包覆颜 料表面。 Ed = —ArLcosθ= —A(rs—rsL) Ed —— 颜料的润湿、包覆所需的能量; rs,rL ——分别为固体颜料、润湿剂的表面张力; rsL ——固体颜料和润湿剂间的表面张力; A ——固体颜料的表面积; θ ——固体颜料和润湿剂间的接触角(润湿角)。 分析:颜料和润湿剂间接触角小,则Ed为负值,颜料和润湿剂 容易润湿;接触角增大,则Ed值增大,则颜料不容易和润湿剂 润湿;接触角大于90度时, Ed值为正,不能够润湿。 润湿剂的选择:使颜料和润湿剂间接触角小。例如二氧化钛可 用白油、液体石蜡、低分子量聚乙烯蜡等作为分散剂,但效果 不同,聚乙烯蜡对二氧化钛润湿效果最佳。 润湿过程可以分为三个阶段:吸附、渗透、扩散。 颜料和润湿剂接触时,接触角小,润湿剂吸附在颜料周围, 然后渐渐渗透至颜料颗粒之间的孔隙,因而降低了颜料颗粒之 间的吸引力,降低了破碎颜料团聚体所需的能量,使颜料容易 分散细化。 颜料的细化(粉碎) ? 颜料的细化是将团聚体颗粒破碎,它主要依靠 颜料颗粒之间的自由运动(冲击应力)和颜料团 聚体通过周围介质的应力(剪切应力)来完成。 ? 细化的基本方法有以下三种:干混法、液体剪 切法和熔体剪切法。 ? 实际生产过程中是将这几种方法联合使用, 更有利于发挥每种方法的优点。 1。干混法:将颜料和粉状或颗粒状树脂通过干 混,依靠颗粒之间的冲击力使颜料细化。 设备:干混采用高速、高冲击的设备,如高速搅拌机等, 使颜料团聚体破碎。 对颜料的要求:干混时,所采用的颜料应容易分散或经过表 面处理,以保证干混后的颜粒粒径为100μm左右。然后 颜料再经过双螺杆的剪切,进一步细化至1μm左右。 对树脂的要求:干混时,所用的树脂形状以粉状为好,因为 粉状树脂具有较颗粒树脂的表面积大,在混合过程中颜 料容易粘附在树脂上。 经验证明,如果颜料在树脂熔化之前就己粘附在树脂表面 上,那么颜料则会更容易、更完全地混入树脂内,故所得 制品着色强度、光泽都较好。 干混时,一般加入少量白油、松节油、磷酸酯类以润湿颜 料并使其粘附于树脂上,有利于其后的颜料细化和树脂熔融 后的分散混合。 用干混法达到高分散品质的方法 ? 树脂的选择 小颗粒 如果可以选择的话,硬表面的树脂比软表面的树脂为佳。 在加工的条件下和颜料间可化学性相容。 和基料树脂流动性可相容(尤其是在制备色母时)以降低因 热熔流速不同而引起的稀释化困难。 ? 配合操作条件选定适量的颜料及添加剂,以有恰当 的流动。 ? 采用短时,集中的混合周期(应对大部分的颜料皆 适用) ? 最好随后将这些分散物加入高剪切力的热熔加工法 处理 2。液体介质法是通过液体介质传递剪切力而使颜料 的团聚体破碎的方法。液体介质可以是增塑剂、水、 聚合物溶液等。常用设备为:三辊研磨机、砂磨机等 (1)三辊研磨机:由三个表面硬度很大的钢辊组成, 中辊为主动辊,三者之速比为9:3:1。一般, 经过三次研磨,颜料细度可达10~20μm左右。 (2)砂磨机:将颜料在水 (加有少量扩散剂)或有机 溶剂存在下,用天然砂或玻璃砂作砂磨介质,通过高 速搅拌,使玻璃砂不断冲击颜料,而使颜料粒度降低, 其细度可小于1μm。 ? 经砂磨机处理过的颜料适用于细旦纤维 和超薄薄膜。 ? 影响砂磨机加工颜料的细度的因素:颜料与砂子比、颜料与 液体比、砂磨机转速、砂磨时间、砂磨温度、砂磨机长径比。 ? 工艺举例(制备水相着色剂): 颜料浓度:20%(wt); 颜料:玻璃砂=1: 8-10(wt,玻璃球细度0.5-1.0mm); 扩散剂:颜料=1: 8-10(wt,细度0.5-1.0mm); 搅拌转速:400-450r/min; 时间:20-30h;温度:根据情况定;水质;软水。 颜料粒径与研磨时间的关系 ? 研磨初期,随研磨时间 的延长,粒径下降极快, 经过6h以后,平均粒径 已达0.536 μm。 ? 随着时间的延长,平均 粒径降低较缓慢,但是 1 μm以上的粒径比例不 断下降。所以研磨时间 长一些为佳。 在液体介质中达到高品质分散的方法 ? 载体的选择 对颜料及研磨表面皆有良好的润湿性; ‘粘性’配合方法,即在依赖粒子互相撞击的加工法中选用 低粘性,而在依赖经由液体层的剪切力的加工法则选择高粘 性; 在加工的条件下和颜料间可化学相容。 ? 选择适量的颜料和添加剂,以在机器中有恰 当的流动。 3。熔体剪切法 ? 熔体剪切法是颜料团聚 体和熔融状树脂通过剪 切区时,剪切力通过熔 融树脂使颜料的团聚体 破碎。 ? 一般,未经处理的颜料 如直接采用此法生产色 母粒,其颜料粒度仍有 几十或几百个微米。 熔体剪切的常用设备: 二辊开炼机、密炼机、螺杆挤出机等 用熔体剪切法达到高品质分散的方法 ? 树脂的选择 对颜料和研磨表面皆有良好的润湿性。 高粘着强度。 粘度受温度的影响很小。在加工条件下和颜料间化 学相容 。 和基料树脂流动性可相容(尤其是在制备色母时) 以降低因热熔流速不同而引起的稀释化困难。 ? 选择适量的颜料以使在操作时可产生高剪切力。 ? 预混各干态成分。 ? 用剪切力来流动树脂而非使用可能的外来热(如 Banbury)。 四。颜料细化后的稳定化 1。分散状态的稳定化 经分散细化,颜料粒径减小,表面积(A)增大,颜料表面 自由能也增加,所以经细化的颜料呈现不稳定态(Ⅱ)。机 械研磨能去除后,颜料颗粒会再凝聚起来(Ⅲ)。 ? 在颜料研磨后形成新的表面时,在其表面应吸附一 层包覆层,使颜料的表面能降低。当带有包覆层颜 料 的结合体再度碰撞就不会凝聚起来。从而达到了 颜料细化的目的。 2。吸附层的作用和理论 ? 颜料分散的稳定化在于颜料表面吸附一层保 护层。根据Macker理论指出,由于颜料颗粒 表面吸附一层物质,颜料粒子间吸附层的立 体阻碍,影响了颜料粒子间的凝聚作用。 ? 影响颜料吸附量的因素: 吸附层覆盖率;固体颜料的表面性质;多种 颜料共同吸附被覆率的影响;颜料浓度的影 响。 五。国内外色母粒经典生产工艺剖析 ? 塑料着色时分散过程可分为两步:第一步制备预混 料,即在预混机里将一定量的塑料和相应处理过的 颜料粉末互相混合;第二步,在塑料加工设备上对 预混料进行最后分散。幸运彩票网_首页_幸运彩票平台_幸运彩票投注网【全国最好彩票平台】: ? 预混设备(根据颜料细化后的状态来选用):高速 搅拌机、二辊塑炼机、捏合机等; ? 加工设备:塑料造粒机(双螺杆、单螺杆等设备)。 ? 生产工艺:干混法;捏合法;密炼法;三辊法。 密炼法 捏合法 捏合法工艺 冲洗法 冲洗法工艺 谢 谢 大 家 赵秀英:/div

点击次数:  发布日期:2018-10-31 23:25  【打印此页】  【关闭
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