1、颜 /填料 的分散和 稳定 及润湿 分散 助剂的应用 潘勇，毕克化学公司 润湿分散剂 产品组经理 ， 2014年 11月 25日，常州 Y Page 2, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives 目录 颜料 的润湿分散和稳定理论 润湿分散剂 的 分类 润湿 分散剂的应用与选择 颜料 分散的评价方法 颜料分散工艺与实验方法 其他 助剂 的配合使用 Page 3, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dis
2、persing Additives 目录 颜料 的润湿分散和稳定理论 润湿分散剂的分类 润湿分散剂的应用与选择 颜料 分散的评价方法 颜料分散工艺与实验方法 其他 助剂的配合使用 Particle status of pigments 颜料 的颗粒形态 以在涂料中的应用为例，颜料的 性能主要取决于 其化学组成、颗粒 大小与表面处理 状态。 颜料的 颗粒 形态 ： Page 4, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives 颗粒形态 定义 研磨设备能够粉碎？ 原始 粒子 最基础的 颜料
3、 颗粒单元 否 聚集体 原始 粒子面与面粘结在一起的颗粒 否 附聚体 原始 粒子以其边、角相互粘结而成 是 絮凝体 原始 粒子 在流体介质中分散后重新聚集而形成的团聚体 是 二次粒子Theory of wetting, dispersion and stabilization of pigments 颜料 的润湿分散和稳定理论 Page 5, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Dry pigment 颜料干粉 (agglomeration 附聚体 ) Grinding pr
4、ocess 研磨过程 Ideal dispersion 理想的分散 Separating pigment agglomerates and stabilizing primary pigment particles 破坏颜料 附聚体并 稳定原始 颜料粒子 are based on primary particles (achieved through deflocculation) 都取决于 颜料原始 粒子的性质（通过解絮凝来实现） Transparency 透明性： 当 颜料的 粒径小于 0.2m之间 时具有透明性 Hiding power 遮盖 率： 当颜料的粒径在 0.20.5m之间时其
5、遮盖率最高 Color / shade 颜色 / 色相： 颜料的粒径会影响最终的色相 -色相迁移现象 Why deflocculating pigments? 为何需要将颜料解絮凝？ Relationship between particle size and properties 粒径与性能的关系 Page 6, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Why deflocculating pigments? 为何需要将颜料解絮凝 ？ Use in pigment concen
6、trate 色浆的使用 Reproducibility demands perfect deflocculation & stabilization of all pigment, only possible with suitable wetting & dispersing additives. 重现性要求所有颜料都达到最佳的解絮凝和稳定。 Reproducibility is most important for pigment concentrates. 对于 色浆 来说，重现性是最重要的。 Stability means: chroma/hue, color(strength), E
7、- values of pigment concentrate mixtures, Rheology, etc. 要求保持稳定的性能包括：色饱和度、色相、着色力、白冲淡的色差、流变性能等 Deflocculating W/D additives have better performance in viscosity reduction, thereby increasing the pigment loading in PC. 解絮凝型分散剂有着更好的降粘效果 ， 从而提高色浆中的颜料含量 。 2 Dispersing 分散 1 Wetting 润湿 3 Stabilization 稳定 W
8、etting & Dispersing Process 润湿和分散过程 Page 8, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives - 颜料表面 的空气、水份等物质被液相分散介质所 取代 - 影响 润湿阶段的 因素： 包括 颜料的表面处理、粒径、分散介质的化学性质（树脂的类型）、表面张力、分散介质在颜料表面的吸附能力、分散介质向颜料絮凝体空隙中渗透的能力等因素 - 润湿阶段的完成状况会影响下一步的颜料分散阶段的效率，即颜料分散所需的 时间 - 使用润湿助剂 能够方便、有效地提高润湿作
9、用的效率 1 Wetting 润湿 Wetting & Dispersing Process 润湿和分散过程 Page 9, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Pigment Wetting 颜料润湿 Phthalocyanine blue pigment in water: 酞菁蓝在水中： No (very slow) wetting. 无（非常慢）的润湿 With wetting additive: 加入润湿助剂： Immediate wetting. 立刻润湿 Pag
10、e 10, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Pigment Wetting 颜料润湿 Page 11, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives 颜料 非极性表面 树脂，亲水性 2 Dispersing 分散 - 机械 力破坏颜料的附聚 体 能量 的输入导致较高的能级水平 体系 趋向达至尽可能最低的能级水平 o实现 这一目的的唯一方式是颜料的返粗 需要 对颜料
11、进行稳定以避免返粗 - 这一阶段也与颜料粒子本身的凝聚状况、颜料的润湿状态等因素有关。 Wetting & Dispersing Process 润湿和分散过程 Page 12, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives 3 Stabilization 稳定 Wetting & Dispersing Process 润湿和分散过程 - 经过 粉碎阶段的颜料粒子表面积显著增大，能量大幅升高，处于极不稳定的 状态。 - 在 外加机械力撤销后，粒子由于布朗运动会发生相互碰撞，从而发生颜料
12、聚集现象，产生絮凝，即通常所说的返粗 现象。 - 稳定阶段则是利用分散剂提供的电荷排斥和 /或空间位阻的作用使颜料粒子彼此独立 ，相互 保持合适的距离，而不发生接触，从而不致聚集产生絮凝。 Different Stabilization Mechanism 不同的 分散 稳定机理 Electrostatic stabilization 静电稳定 Mainly in water-borne systems 主要用于水性体系 Sensitive to 对下列因素敏感 o ion contamination 离子污染 o pH-value differences pH值差异 Steric stabi
13、lization 空间位阻稳定 For water-borne and solvent-borne systems 用于水性与溶剂型体系 Electro-steric stabilization 电荷 -位阻稳定 Combination of electrostatic and steric stabilization 静电与空间位阻稳定的结合 Mainly in water-borne systems 主要用于水性体系 - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + +
14、 - - - - Page 14, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Electrostatic stabilization mechanism 润湿 分散剂 的静电排斥稳定 机理 颜料 颗粒分散在 液态基料中 时其表面带有电荷 。 颜料 所带电荷的正负不仅取决于颜料本身，还取决于树脂溶液。不同颜料在同一树脂中研磨会显示不同的电荷，同一颜料在不同树脂中研磨也会显示不同的电荷。 通过 助剂的使用，可以 使所有 的颜料颗粒带有相同的 电荷，并使电荷量增强。 分散 稳定的程度随着
15、双电层厚度的提高而增强 。静电排斥 稳定机理对水性乳液分 散体等体系特别有用 。常见的 分散剂是 聚电解质。 + + + + + + + + + + + + + + + Page 15, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Electrostatic stabilization mechanism 润湿分散剂 的静电排斥稳定机理 Page 16, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersi
16、ng Additives Lower molecular weight 低分子量 Higher molecular weight 高分子量 Pigment affinic group 颜料亲和基团 Acidic 酸性 Basic 碱性 Neutralized units 中和的基团 Non-ionic 非离子 Compatibilizing unit(binder compatible chain) 相容单位（基料相容链段） Polyacrylate 聚丙烯酸酯 Polyurethane 聚氨酯 Polyether 聚醚 Polyester 聚酯 Alkyl 烷基 Page 18, Pan Y
17、ong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Structures of Wetting & Dispersing Additives 润湿分散剂的结构 Lower molecular weight 低分子量 Higher molecular weight 高分子量 Page 19, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Structures of Wetting & Dispe
18、rsing Additives 润湿分散剂的结构 Pigment 颜料 Surface area (m2/g) 比表面 Particle size (m) 粒径 Surface polarity 表面极性 Titanium dioxide 钛白粉（ R706） 8 0.360 高 Iron oxide red 氧化铁红 12 0.250 高 Phthalo cyanine blue 酞菁蓝 64 0.070 低 Carbon black (FW200) 炭黑 460 0.013 低 Properties of pigments 颜料的特性 Page 20, Pan Yong, PGM Wett
19、ing & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Page 21, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Resin systems of different polarity 不同极性的树脂体系 醇酸 /氨基 丙烯酸 /氨基 短油醇酸 中油醇酸 烃类树脂 低极性 TPA (脂肪烃可溶 ) 长油醇酸 NC CAB 酯溶性 TPA 2K PU 聚酯 /氨基 双组分环氧 低 树脂系统极性 高 Compatibil
20、ity of Wetting & Dispersing Additives 润湿 分散剂的相容性 Compatible 相容 Incompatible 不相容 Important factors: Resin system 重要因素：树脂体系 The additive must be compatible in the resin system(s) used 助剂必须与所用树脂体系相容 o Incompatibility leads to coiling and blocking of pigment-affinic groups/blocks 不相容导致颜料亲和基团 /嵌段的卷曲和阻碍 L
21、oss of effectiveness 失效 Page 22, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Page 23, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives 目录 颜料 的润湿分散和稳定理论 润湿分散剂的分类 润湿 分散剂的应用与选择 颜料 分散的评价方法 颜料 分散 工艺与实验方法 其他 助剂的配合 使用 Flocculation 絮凝 Controlled
22、 flocculation 受控絮凝 Deflocculation 解絮凝 1000 100 10 1 0.1 100 50 20 10 5 2 1 Viscosity Pas Shear rate 1/s 0.5 1000 100 10 1 0.1 100 50 20 10 5 2 1 Viscosity Pas 粘度Shear rate 1/s 剪切速率 0.5 1000 100 10 1 0.1 100 50 20 10 5 2 1 Viscosity Pas Shear rate 1/s 0.5 Different Dispersion Status 颜料 不同的 分散状态 Page
23、24, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Classification of W/D Additives 润湿分散剂 的分类 Deflocculating 解絮凝 Controlled Flocculating 受控絮凝 Page 25, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Deflocculation / Controlled Flocculation
24、解絮凝 /受控絮凝 Improved 提高 Improved 提高 Deflocculation 解絮凝 Gloss, haze Hiding power 光泽、雾影、遮盖率 Improved 提高 Slightly reduced 轻微降低 ！ Anti-settling, sag control 抗沉降、流挂控制 Reduced 削弱 ！ Improved 提高 Contr. Flocculation 受控絮凝 Flooding & floating control 抗 浮 色 发花 能力 TOPCOATS, 面漆 high gloss 高光 PRIMERS, high build low
25、 medium gloss coatings底漆 、 厚涂层低 /中光泽涂料 Ideal for: 最好用于： Page 26, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives Deflocculation / Controlled Flocculation 解絮凝 /受控絮凝 Page 27, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives 解絮凝型 外观 受 控絮凝型 保护 R
26、heological effect of controlled flocculating W/D additive受 控絮凝的流变效应 Page 28, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives 1000 100 10 1 0.1 100 50 20 10 5 2 1 0.5 粘度 Pas 剪切力 1/s 解絮凝性润湿分散剂 Anti-Terra-204 Improvment of anti-sagging property with W/D additive 使用 润湿分散剂 改
27、善抗流挂 性能 Page 29, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives AT204 空白 Rheology curves of controlled flocculating and deflocculating W/D additives in water-borne systems 水性 体系中 受控絮凝型与解絮凝 型 润湿分散剂的 流变曲线 Page 30, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and
28、Dispersing Additives 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 5 rpm 10rpm 20rpm 50rpm 100rpm 转速 rpm 粘度（cP）空白 受控絮凝型分散剂 标准解絮凝助剂 标准聚丙烯酸酯 Anti-settling property of water-borne controlled flocculating W/D additives 受 控絮凝型水性润湿 分散剂 的 防 沉降性能 标准聚丙烯酸酯 标准解絮凝性分散剂 受控絮凝型水性润湿分散剂 对照 产品 1 对照 产品 2 水稀释型 醇酸底漆 室温放置3个月 Page 31, Pan Yong, PGM Wetting & Dispersing Additives Wetting and Dispersing Additives
