颜料及其分散理论

颜料预分散的生产工艺颜料分散前的形态，通过生产过程得到的原始颜料称为湿滤饼，还需进一步商品化处理，包括粉碎和干燥等过程。

在干燥过程中，较细的颜料颗粒会产生凝聚，使其粒径较原始颗粒大许多倍，因而不能直接用于着色，必须要进行分散处理。

颜料的质量，除了色光、着色力、遮盖力、各种耐性等性能要求以外，分散性或易研磨性是一项很重要的指标。

颜料的分散性直接关系到所生产的油墨和涂料的色强、细度、光泽度等重要的质量指标，分散效果好的还可以缩短生产涂料时的研磨工时。

（一）颜料的分散一般商品颜料颗粒是指比团聚体还大的粒子，粒径在250μm至750μm（相当于通过60至200目筛）。

根据德国标准协会（German Standard Organization）命名法，认为颜料颗粒状态可分为：原生颗粒、凝聚体和团聚体。

原生颗粒（German Standard Organization）是单晶、块状、球形或微晶组成的大晶体形式存在；凝聚体（Aggregates）是由原生颗粒表面彼此吸附而成；团聚体（Agglomerates）是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。

作为使用者来讲，任何商品形式的颜料都要求容易均匀分散，能制成持久稳定、无凝聚、无沉降的悬浮物料。

上世纪七十年代以来，颜料的加工处理技术已有很大发展，包括颜料颗粒的表面处理和颗粒的晶相调整等，但还不能满足使用者对其的要求。

一般情况下，颜料的分散过程可以分为三步：润湿→细化→稳定化混合分散。

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再做包覆处理，由于颜料经分散细分后，粒径减小，表面积增大，颜料表面自由能也增加，造成细化的颜料不稳定性。

所以，当机械研磨能去除以后，颜料粒会再凝集起来。

为此，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。

分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。

可均一分散那些难于溶解于液体的无机、有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的药剂。

一、润湿分散剂工作过程1）颜料润湿2）颜料分散3）颜料稳定A、静电稳定B、空间位阻稳定二、分散剂的评价项目1）相容性2）低温稳定性3）色浆细度及清洁度4）色浆粘度5）冲稀淋涂6）遮盖力7）光泽、鲜映性8）透明度9）展色性10）调色性11）储存稳定性三、水性润湿分散剂的种类润湿剂按照按分子量划分，可分成低分子量的和高分子量的。

低分子量的润湿分散剂一般指分子量在数百以下的低分子量化合物。

高分子量的润湿分散剂是指分子量在数千万乃至几百万的并具有表面活性的高分子量化合物。

为了区分两种类型的分子量的润湿分散剂称为新型的高分子量表面活性剂。

低分子量和高分子量的润湿分散剂在结构和应用原理上是不相同的，有很大区别。

一、低分子量润湿分散剂的基本结构及类型低分子量润湿分散剂属于传统型表面活性剂，一般都是有非极性的、亲油的碳氢链部分和极性的亲水基团构成的，两部分处在分子两端，形成不对称的亲水、亲油分子结构。

表面活性是由非对称的分子结构所决定的。

亲水基团的结构对湿润分散剂性质的影响要远远大于亲油的结构，所以表面活性剂一般按亲水基团的结构为依据进行分类。

根据表面活性剂在水中的解离度，可分成离子型和非离子型。

离子型可分成阴离子型、阳离子型、两性的表面活性剂和电中性的润湿分散剂。

二、低分子量润湿分散剂的应用机理这类润湿剂是表面活性剂，可以与无机颜料通过极性基间的相互作用，牢固的吸附在颜料粒子的表面上，还能电离带电产生静电吸附。

非离子型的润湿分散剂不具备活性基，不会产生化学吸附，多数用作水性涂料的润湿剂，与其他离子型分散剂配合使用，可提供良好的分散稳定性。

该类分散剂的极性基吸附在颜料粒子的表面上，另一端朝向分散介质中伸展，产生位阻作用，但因分子链较低，效果不十分理想。

一、颜料的分散：颜料在漆料中的分散进程是比较复杂的，但至少要通过三个进程，即湿润、解聚（分散）和稳固化。

提供色漆生产的颜料，在颜料生产中所形成的粒子是细微的，其粒径一样在5nm至1um之间，那么能轻易地形成份散体系。

可是涂料厂投入生产用的颜料，多数以原级粒子，附聚体和聚集体的混合物所存在的。

原级粒子：是颜料在制造进程中所形成的单个晶体或缔合晶体，粒径是比较微细的。

附聚体：是原级粒子的边和角相连接，结合而成的，结构比较松散的，大的粒子团。

聚集体：是原级粒子间以双面相结合的，或晶面成长在一路的，结构比较紧密的、大的粒子团。

附聚体大多在颜料的泸饼干燥和随后的干磨中形成的。

聚集体是颜料制造进程中沉淀熟化时期形成的。

附聚体和聚集体合称为颜料的二次粒子。

一、颜料的湿润：生产色漆用的颜料表面一样都吸附着一层空气和水分，颗粒间的间隙也被空气所填充，颜料在漆料中分散的首要前提是需要用漆料取代空气和水分，并在颜料暴露出的表面上形成一层新的包覆膜，这种用漆料取代空气和水分并在颜料表面形成包覆膜的进程，称作颜料湿润进程。

二、颜料的解聚（分散）：在分散进程中，仅将这些二次粒子的表面用漆料湿润是不够的，因为这种大粒径、小表面积的颜料粒子团不能知足制漆的成膜要求和维持漆液稳固的分散状态。

因此，必需施之外加的机械力（主若是剪切力）将这些大颗粒解聚集，使其恢复或接近恢复到原级粒子的大小，以小颗粒大表面积的形式暴露在漆料中，并使其所有暴露出来的表面都被漆料所湿润。

这种借助外加机械力，将颜料的附聚体和聚集体恢复成或接近恢复成原级粒子的进程称做解聚进程或称做分散进程。

颜料在漆料中的解聚是色漆制造进程中要紧的，消耗能量最大的工序。

能使颜料解聚的外来机械力，一样是由咱们通常利用的研磨分散设备，如砂磨机、球磨机、三辊机、高速分散机和二辊机等产生的。

为了造成作为分散介质的液体漆料对颜（填）料粒子表面的渗透条件，必需对颜（填）料的聚集体和附聚体施加能促使其破裂的外部机械力，将颜（填）料粒子进行解聚，使其更好地被液体漆料所湿润，这就需要研磨分散设备。

涂料颜料的分散和稳定化原理及配方设计涂料颜料的分散和稳定化是涂料工业中关键的技术问题。

分散是将颜料分散均匀在基材中，使其颜色饱满、亮丽，稳定化则是防止颜料在涂料中沉降和聚集，保持分散状态。

以下将分别阐述涂料颜料的分散和稳定化原理及配方设计。

首先，分散原理主要从两个方面解释。

一是表面电荷理论，根据该理论，颜料的粒子表面带有电荷，同性电荷之间的相互排斥使颜料粒子处于分散状态。

二是表面活性剂作用机制，表面活性剂能透过吸附在颜料粒子表面，减小粒子间的表面张力，使颜料粒子更容易分散在液体中。

为了达到良好的分散效果，在设计配方时需要考虑以下几个方面。

首先，对于颜料的选用要慎重，颜料应具有良好的分散性能和稳定性，能够与涂料基材相容。

其次，表面活性剂的选择也至关重要，表面活性剂具有吸附在颜料粒子表面的能力，有助于颜料的分散，但选择过多或过少都可能对分散效果产生不良影响。

此外，溶剂的选择也需要考虑，通过溶剂的选择可以改变涂料体系的黏度和粘度，从而提高分散效果。

稳定化原理主要有物理稳定和化学稳定两种机制。

物理稳定通过改变颜料粒子分散状态，增加粒子间的排斥力或减少粒子间的相互作用力，使颜料在涂料中保持分散状态。

化学稳定通过在颜料粒子表面引入化学键或功能基团，使颜料粒子在涂料中形成结构稳定体系。

常用的稳定剂有聚合物、胶体和表面活性剂等。

在配方设计中，需要综合考虑颜料的性质、表面活性剂的选择和稳定剂的添加。

一般来说，首先选用适合的颜料和表面活性剂，并通过实验确定最佳的添加量。

随后，根据稳定化原理选择合适的稳定剂进行加入。

最后，通过改变配方中的溶剂类型和比例，控制黏度和粘度，进一步改善分散效果。

总之，涂料颜料的分散和稳定化是涂料工业中不可忽视的技术问题。

通过了解分散和稳定化原理，以及合理设计配方，可以有效地提高涂料颜料的分散效果和稳定性。

同时，也需要根据实际情况进行实验验证和不断的优化改进，以确保涂料的品质和性能达到要求。

颜料性能及分散理论
一、涂料颜料的功能
涂料颜料具有很多功能，如改变涂料的颜色、保护涂料面、改善涂料性能和阻止"腐蚀"。

1、改变涂料的颜色
涂料颜料也被称为"颜料"，主要用来改变涂料的外观颜色，大多数涂料颜料都是吸收紫外线，引起涂料的色调变化，使涂料具有所需的颜色。

2、保护涂料面
颜料的另一个功能是保护涂料面，例如，紫外线吸收剂可以减少涂料受到紫外线的损坏，从而减少涂料的老化，延长涂料的使用寿命。

3、改善涂料性能
另外，涂料颜料还可以改善涂料的性能，例如，抗菌剂可以改善涂料的抗菌性能，脱脂剂可以改善涂料的防污性能，抗菌剂和脱脂剂均可增加涂料的耐久性。

4、防止腐蚀
有些涂料颜料可以防止腐蚀，例如防锈剂可以阻止金属表面的腐蚀，催化剂可以防止涂料面的腐蚀，这些都是涂料颜料的一种功能。

二、涂料颜料的分散理论
涂料分散是指把涂料有机溶剂中的颜料微粒分散到涂料中，使涂料的性能获得最佳的状态。

1、分散的技术原理
涂料分散技术的原理是利用涂料有机溶剂中的有机颜料微粒在有机溶剂中的物理作用，将颜料微粒分散到涂料中。

涂料颜料的分散和稳定化原理及配方设计涂料颜料的分散和稳定化是涂料工业中非常重要的一环。

分散是指将颜料固体颗粒均匀分散在涂料基料中，使其具有良好的悬浮性和流变性。

稳定化是指在涂料中引入分散剂或稳定剂，通过表面活性剂的作用使颜料颗粒保持在均匀分散状态下，不发生沉淀和团聚。

水性涂料中常用的分散剂有离子型分散剂和非离子型分散剂。

离子型分散剂通过表面活性剂分散剂分子的极性作用，吸附在颜料颗粒表面，使颗粒带有正负电荷，产生静电排斥力，防止颗粒的复聚。

离子型分散剂的应用范围广，可以适用于各种颜料类型。

非离子型分散剂通过表面活性剂分子的非极性部分与颜料颗粒表面的非极性部分相互作用，减少颗粒间的吸引力，达到分散效果。

非离子型分散剂在一些颜料中表现更好，如有机颜料。

在水性涂料中，还可以使用稳定剂来加强颜料的稳定性。

稳定剂通过表面相互作用，包覆在颜料颗粒表面形成保护膜，降低颜料颗粒的自由能，防止颗粒的聚集和沉积。

稳定剂的选择应根据颜料类型和涂料配方来确定。

常用的稳定剂有聚合物稳定剂、胶体颗粒稳定剂等。

聚合物稳定剂通过在颜料颗粒表面形成有机膜，增加颗粒的稳定性。

胶体颗粒稳定剂通过在液相中形成胶体粒子，使颜料颗粒与胶体粒子形成复合体，阻碍颗粒的聚集。

在涂料颜料的配方设计中，需要考虑颜料的种类和含量、涂料基料的性质、分散剂和稳定剂的选择等因素。

一般来说，应根据颜料的沉降速度和分散能力来确定分散剂的种类和用量。

颜料的含量过高会增加分散剂的用量和涂料的粘度，对涂料的性能产生不利影响；而含量过低则会导致颜料团聚和沉积的问题。

同时，稳定剂的种类和用量也需要根据颜料和涂料基料的特性来确定。

在实际配方设计中，可以通过试验和优化来确定最佳的分散剂和稳定剂的类型和配比。

综上所述，涂料颜料的分散和稳定化涉及到离子型和非离子型分散剂的选择、稳定剂的应用和配方设计等多方面的技术和原理。

通过科学的配方设计和合理的分散稳定剂的应用，可以实现颜料在涂料中的良好分散和稳定，提升涂料的使用性能和涂覆效果。

☆分散设计　1.目标分散品质的设定 从商品的必要性能决定目标分散度和分散配方（PWC ）。

　PWC ＝　顔料量　／　(树脂固体份＋顔料量）　×　１００ (重量基准中干燥涂膜中的颜料浓度Pigment Weight Content ） 通过评价SP 和酸碱性可以有效预测、评价亲和性。

从分散角度选择颜料时 要先得到顔料（表面）处理等的消息，从而选择和媒介物（漆料）的亲和性较好的颜料如图所示，溶剂A 因和颜料的亲和性高，相对于颜料，溶剂和树脂构成了吸附竞争的关系，顔料表面如果先吸附了溶剂，这会对吸附树脂造成阻碍。

溶剂Ｂ和颜料的亲和性低，不会对吸附树脂造成阻碍，所以一般认为使用Ｂ比较好。

　３．关于分散方法的选择和设计 １）sand grind mill （SG 砂磨机）（主流） 靠砂磨珠之间的摩擦和剪切进行分散 砂磨珠的粒径大.粘度低----冲击力强 2)球磨机由于分散时要花很长时间，已经减少使用频率，不过像碳黑等颜料表面 吸附树脂为了使分散稳定化需要花时间的品种，适合用此机种 ３）roll mill 对高粘度品种进行分散虽然生产时作业性存在难点，不过具有容易出现光泽的特点。

☆使用SG 砂磨机分散时，分散条件构成要素的总结　*分散温度　*使用介质的种类、比重　*disk(搅拌盘)周速　*吐出量(流量）颜料分散技术概要顔料　１）分散温度 一般情况下，温度高虽然对「润湿」和[吸附」有利，不过从原材料的变质防止和安全 的角度出发通常在50～60℃以下进行。

　２）分散介质的种类、比重 砂磨珠的比重越大既有对分散效率越明显的说法，也有无任何影响的说法 一般认为介质搅拌砂磨中，由于强制搅拌砂磨珠所以比重的影响较少， 不过在凝集力较强的颜料和砂磨粘度较高的面漆时，有必要使用高比重，大砂磨珠来驱 还有，选择分散介质时，要考虑到污染方面的问题。

玻璃珠会溶出钠等的离子， 所以会对阴离子性或阳离子性的水性涂料的稳定性造成损坏，要特别注意。