《武汉工程大学学报》  2011年05期 70-73   出版日期：2011-05-31   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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超分散剂对酞菁蓝在树脂中分散性的影响


0引言酞菁蓝是一种对酸、碱、热和光都很稳定,具有鲜艳颜色和极强着色力的有机颜料,广泛应用于涂料（油漆）、油墨等行业.国产酞菁蓝颜料的表面极性低,分散性差,在涂料中极易絮凝［1］,因此需借助分散剂来改善其分散性和稳定性.一般使用的超分散剂的分子结构主要有两部分:一部分为锚固基团,如—COOH、—SO3H、多元醇等;另一部分为溶剂化链,这部分将直接决定分散后颗粒在分散介质中的稳定性［2］.流变性法是考察分散颜料的分散效果及分散稳定性的一种有效方法.吴璧耀等曾讨论了钛白、炭黑等颜料在甲苯、树脂等体系中的分散稳定性与流变性的关系［34］.本实验中将通过原子转移自由基聚合的方法合成的两亲性嵌段聚合物,作为超分散剂使用于羟基丙烯酸树脂体系中,利用流变性方法分析了酞菁蓝-羟基丙烯酸树脂分散体系中添加分散剂对其分散状态的影响.1实验部分1.1主要试剂及实验仪器羟基丙烯酸树脂,武汉现代工业研究院,固含量55%（质量分数）;酞菁蓝,工业品,泰州鑫博合成化工有限公司;二甲苯,工业品,武汉恒诚化工有限公司;超分散剂,自制［5］.SF0.4砂磨、分散、搅拌多用机,天津市精科材料试验机厂；NDJ8S数字旋转黏度计,上海舜宇恒平科学仪器有限公司；800型离心机,江苏大地自动化仪器厂；QXD型刮板细度计,天津市中亚材料试验机厂；JSM-5510LV型扫描电子显微镜,日本电子.1.2实验方法
1.2.1酞菁蓝分散体系的制备按表1所述的配方,将羟基丙烯酸树脂、酞菁蓝、二甲苯、超分散剂加入砂磨机混合均匀,然后加入一定量的玻璃珠,以600 r/min的转速开始研磨,每隔10 min用刮板细度计测一次研磨的浆料的粒径,直到细度达到5 μm为止.表1分散体系配方
Table 1The formulation of dispersion system
D1D2D3D4D5羟基树脂（55%）140g140g140g140g140g酞菁蓝20g20g20g20g20g二甲苯100g98.2g97g96g95g分散剂（50%）01.8g3.0g4.0g5.0g注:表中55%和50%为质量分数,是该树脂的固含量.
1.2.2沉降实验将研磨好的酞菁蓝-羟基丙烯酸树脂的浆料用二甲苯调至羟基丙烯酸树脂质量分数为10%,然后分别装入5 mL刻度离心管和1.5×150 cm的试管中.用橡胶塞密封试管口,存放于试管架中静置,每隔一定时间观察分层现象并记录清液高度.离心管中的浆料用离心机以400 r/min的速度离心沉降,每5 min观察分层现象并记录一次清液高度.沉降的程度以相对沉降速率K表示:K=h/H
其中,h表示清液高度,H表示装样时的样品高度.
1.2.3黏度测定在温度为(19±1) ℃恒温室中进行,用数字黏度计测定黏度.先从低剪切速率到高剪切速率测其黏度,再从高剪切速率到低剪切速率测其黏度.
1.2.4酞菁蓝分散体系的扫描电镜观察将研磨好的浆料用二甲苯稀释50倍,然后均匀涂抹在1 cm×1 cm的玻璃片上,放入真空干燥箱干燥24 h,以除尽溶剂.然后用扫描电镜观察酞菁蓝分散形态并拍照.第5期柳青,等:超分散剂对酞菁蓝在树脂中分散性的影响
武汉工程大学学报第33卷
2结果与讨论2.1沉降法观察图1是相对沉降速率K与自然沉降时间关系图,从图中可以看出,自然沉降速率随时间的延长逐渐变大,最后趋于稳定,并且添加了超分散剂的分散体系（D2和D3）明显比未加超分散剂的分散体系（D1）的沉降速率小.图1相对沉降速率与自然沉降时间的关系
Fig.1The relation of the relative of sedimentation rate with the natural sedimentation time图2是312 h的相对沉降速率K与分散体系中分散剂浓度关系图.由图看出,沉降速率K先变小后变大.可能原因是:在超分散剂浓度较低情况下,超分散剂不能完全有效地吸附酞菁蓝颜料粒子,过多的酞菁蓝颜料粒子会聚集在一起,因而沉降较快;当酞菁蓝颜料粒子与超分散剂的量在一个最佳值时,超分散剂完全有效地吸附了酞菁蓝颜料粒子,使其均匀地分散在羟基丙烯酸酸树脂中,此时沉降最慢;当分散剂浓度继续增大,过多的超分散剂分子间会产生架桥作用,从而导致絮凝沉降.图2312 h相对沉降速率与分散剂浓度关系
Fig.2The relation of the relative of sedimentation rate for 312 h with the dispersant concentration2.2电子扫描电镜观察图3~6分别是分散体D1、D2、D3、D4的扫描电镜图.从图中可以看出,未加超分散剂的体系（图3）,酞菁蓝极易集聚成一大堆,颗粒团聚在一起;随着超分散剂的加入（图4）,颗粒集聚仍然存在,但聚集程度明显减小;当分散体中分散剂的浓度达到一个最佳值时（图5）,可以明显看到酞菁蓝颜料粒子分散均匀,基本上没有团聚存在;当超分散剂的量继续增加时（图6）,聚集程度又重新变大.这些电镜图与图2所得到的结果相符.即:分散剂质量分数在1.2%左右时,分散效果最佳.图3分散体D1的SEM
Fig.3The SEM of dispersant D1图4分散体D2的SEM
Fig.4The SEM of dispersant D2图5分散体D3的SEM
Fig.5The SEM of dispersant D3图6分散体D4的SEM
Fig.6The SEM of dispersant D42.3分散体的流变性一般,影响分散体系的流变性质主要有以下4个因素:a. 流体介质的黏度;b. 颜料粒子的形状和尺寸;c. 颜料粒子在分散体系中的浓度;d. 颜料粒子之间的相互作用,即分散体系的稳定性.在实验过程中如果保持前三个因素在各试样中一致,就能在流变曲线的变化中单一反映出颜料粒子之间的相互作用,即反应出分散状态的变化.图7~10是分散体系D1、D2、D3、D4的流动曲线图.将这些流动曲线与相应的沉降实验结果和扫描电镜观察结果比较发现,沉降率低、分散性好的分散体,如D3,其流动曲线（如图9）趋近于直线,其延长线几乎通过坐标原点,即牛顿型流体.而稳定性较差的流体因为絮凝粒子间相互作用,出现了明显的触变环.图7分散体D1的流动曲线
Fig.7The flow curve of dispersant D1图8分散体D2的流动曲线
Fig.8The flow curve of dispersant D2图9分散体D3的流动曲线
Fig.9The flow curve of dispersant D3图10分散体D4的流动曲线
Fig.10The flow curve of dispersant D43结语a. 加入自制超分散剂后,酞菁蓝在羟基丙烯酸树脂-二甲苯体系中的沉降速率明显降低.b. 沉降速率随加入超分散剂的量先减小后增大,在超分散剂浓度约1.2%时有一最小值.c. 流动曲线图说明加入适当量超分散剂时,可使分散体系流变性近似牛顿型流体.