聚酯體系中顏料研磨效率的影響研究_中久新材料分享
2021-05-22
以鐵紅顏料的分散研磨為例，研究影響其研磨效率的各種工藝因素。包括預分散時的時間長短、轉(zhuǎn)速大小、涂料和研磨珠的裝填量及缸體、分散盤的位置等。通過系列實驗找到了zui佳的分散研磨條件，為小試及大生產(chǎn)提供了數(shù)據(jù)支持。
顏料分散研磨是制備色漆的關(guān)鍵步驟，顏料分散的好壞直接影響涂料的質(zhì)量以及生產(chǎn)效率。顏料的分散是一個復雜的過程，包括顏料的潤濕、分散、穩(wěn)定三個過程。顏料顆粒表面通常吸附著水和空氣，顆粒之間的空隙被它們所填充， 因此在顏料的分散過程中，shou先是顏料表面的水分、空氣被逐出，而由樹脂溶液所取代，即顏料被樹脂溶液所浸濕。涂料中所用顏料的粒徑較小，粒子間的范德華作用力易使其聚集到一起，因此浸濕后的顏料需在一定的機械外力（撞擊和剪切力）作用下將團聚在一起的大顆粒顏料進行機械分離，使其成為符合涂料工藝要求的細小粒子。由此可見，顏料粒子潤濕的好壞以及顏料在分散過程中所受機械外力的大小會影響到顏料分散研磨的效率。涂料的細度是衡量研磨好壞的主要指標之一。正確地選擇研磨工藝， 對顏填料在漆料中的分散狀態(tài)、zui佳顏填料性能（著色力，遮蓋力，耐候性等）的發(fā)揮、以及由此導致的漆液和漆膜性能起著重要的作用，同時，使顏料有較窄的粒徑分布，并盡可能減少能源消耗[1-3]。
本文通過一系列實驗，對鐵紅分散研磨的工藝做出一系列探索， 以相同的研磨時間得到的細度為標準， 探討了對鐵紅分散研磨產(chǎn)生影響的一些因素，并找到zui佳生產(chǎn)效率的分散方式。
1 實驗部分
1.1 主要實驗原料
鐵紅：朗盛；聚酯樹脂：自產(chǎn)；流平劑：深竹；溶劑（采用100#、DBE 等配制）： 華倫；分散劑：埃夫科納；
催化劑：紀研。
實驗儀器：全自動研磨機；SD504 多用分散機；分析天平；OXD 型刮板細度計； 刮刀、各種規(guī)格不銹鋼杯子、玻璃罐等。
1.2 配漆
1.2.1 投料配方
基礎(chǔ)配方見表1。
注：此為標準配方，后續(xù)實驗如有需要按比例擴大或縮小即可，保持各成分比例不變。
1.2.2 投料及預分散
先將DBE、分散劑、流平劑在一次性紙杯中混合均勻，備用。分別于不同規(guī)格的不銹鋼杯子中投入聚酯樹脂，放入分散機，選擇實驗所需分散盤，調(diào)整分散盤與不銹鋼杯底之間距離，固定。中速攪拌，緩慢投入之前混勻的溶劑、分散劑、流平劑混合液,攪拌15 min后慢速攪拌情況下投入鐵紅粉料和溶劑，然后升至實驗所需轉(zhuǎn)速，攪拌均勻。
1.2.3 研磨
將預分散的鐵紅漿倒至研磨罐中， 加入玻璃珠，放入研磨機中研磨至所需細度要求。
1.2 細度測試
油漆細度主要是檢查色漆或漆漿內(nèi)顏料顆粒的大小，或分散的均勻程度，以微米（μm）表示。油漆細度的優(yōu)劣直接影響漆膜的光澤、色相及貯存等各種性能，是保證油漆質(zhì)量的重要指標之一。面漆的細度一般要求≤20 μm，細度的測定，根據(jù)標準GB1724-1979涂料細度測定法采用刮板細度計進行，以μm 表示。
2 結(jié)果與討論
2.1 預分散時間長短對細度的影響
按上述實驗步驟，投料完畢后，將分散機的轉(zhuǎn)速調(diào)至1 500 r/min，分別攪拌5 min、10 min、15 min、20 min、25 min，再放入研磨機中研磨10 min、20 min、30 min、40min、60 min、90 min、120 min，細度結(jié)果如表2 所示（以μm 計）。
由表2 結(jié)果可見，研磨的前60 min，預分散時間越長細度越容易下， 但達不到實驗所需細度要求；90min 后除預分散5 min 實驗樣品外其他樣品細度趨于一致，細度達到20 μm 所用的研磨時間一樣，因此，預分散時間不需要太長，15 min 為宜。
2.2 分散機轉(zhuǎn)速對細度的影響
按上述實驗步驟，投料完畢后，分散機轉(zhuǎn)速分別調(diào)至600 r/min、1 000 r/min、1 500 r/min，均預分散15min，各研磨10 min、20 min、30 min、40 min、60 min、90min、120 min。結(jié)果如表3 所示。
由表3 結(jié)果可見，在相同的研磨時間下，預分散時轉(zhuǎn)速越高，油漆細度下降越快。但達到1 800 r/min時相比于1 500 r/min 并無太大優(yōu)勢，因此預分散轉(zhuǎn)速
選擇1 500 r/min zui好。
2.3 玻璃罐中的液體裝量及玻璃珠加量對細度的影響
投料配方按前述標準配方擴大10 倍， 預分散選
用1 500 r/min 轉(zhuǎn)速下攪拌15 min。用365 m 的研磨罐， 分別裝100 g、200 g、300 g 預分散好的顏料漿，每種裝量再分別對應加玻璃珠50 g、100 g、200 g。分別研磨30 min、60 min、90 min、120 min，150 min、180min、240min，結(jié)果如表4 所示。
由表4 結(jié)果可見， 玻璃罐中同樣的液體裝量，玻璃珠加量越多細度越容易下降； 同樣的玻璃珠加量，液體裝量越少細度越容易下，即研磨罐中玻璃珠/油漆比越大細度越好磨?？紤]研磨罐為365 mL 的固定體積，油漆和玻璃珠不可能無限增加，綜上實驗結(jié)果，在365 mL 的研磨罐中加200 g 油漆搭配200 g 玻璃珠能達到zui佳的生產(chǎn)效率，即研磨罐容積：油漆：研磨珠近
似等于2∶1∶1 為宜。
2.4 分散盤距缸底的高度對細度的影響
在不銹鋼杯子中投入樹脂，放入分散機，使分散盤高度距缸底0.1 h，0.3 h，0.5 h，0.7 h（液面距缸底高度為h）如圖1 所示。按前述步驟投料，各研磨10 min、20 min、30 min、40 min、60 min、90 min、120 min。結(jié)果如表5 所示。
由表5 結(jié)果可見，分散盤距缸底高度為0.3~0.5 h時，細度下降比較快，分散盤放入漆中太深或太淺，效果均不好。
2.5 溫度對細度的影響
按前述結(jié)果投料，并將于分散顏料漿分別加熱到30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃。各研磨10 min、20 min、30 min、60 min、90 min、120 min。結(jié)果如表6所示。
由表6 結(jié)果可見，在相同研磨時間下，漆液溫度越高細度越容易下降，但考慮配方中樹脂、助劑等體系的穩(wěn)定性，以溫度不高于60 ℃為宜。
2.6 顏基比對細度的影響
按前述步驟投料， 依次投入鐵紅的量與樹脂的比例分別為0.5/1,0.75/1,1/1，1.5/1,2/1。zui后加入溶劑，轉(zhuǎn)速升至1 500 r/min， 攪拌25 min， 各研磨10 min、20min、30 min、40 min、60 min、90 min、120 min。結(jié)果如表7 所示。
由表7 結(jié)果可見，在相同研磨時間下，顏基比控制在0.75/1 以下時，研磨效率較高，考慮實際應用是研磨顏基比越高生產(chǎn)效率越高，因此選擇預分散漿中顏基比以0.75/1zui好。
2.7 分散盤直徑與缸體直徑對細度的影響
在不銹鋼杯子中投入樹脂，放入分散機，使用不同直徑的分散盤，固定分散盤處于液面0.5 h 的位置，使分散盤與缸體直徑D 的比例分別為0.3D,0.5D,0.7D，如圖2 所示。按前述步驟投料，各研磨10 min、20 min、30 min、60 min、90 min、120 min。結(jié)果如表8所示。
由表8 結(jié)果可見，在相同的研磨時間下，分散盤直徑與缸體直徑的比例對研磨效率基本沒有影響
3 結(jié)語
(1)本研究通過系列實驗找出了聚酯體系中鐵紅顏料的優(yōu)化分散工藝；
(2)顏料預分散時間越長研磨效率越高；顏料預分散轉(zhuǎn)速越高研磨效率越高； 顏料研磨時相同液體裝量， 玻璃珠加量越多研磨效率越高， 研磨罐容積：油漆：研磨珠近似等于2∶1∶1 為宜；顏料分散時，分散盤高度距液面高度0.3 h~0.5 h 之間研磨效率較高；顏料分散時，液體溫度越高在研磨時效率越高；預分散顏料漿的顏基比在0.75 以下時，研磨效率較高；分散盤直徑與缸體直徑的影響對研磨效率沒有明顯影響。
通過本文可看出工藝參數(shù)對鐵紅的研磨效率有非常明顯的影響，合適的生產(chǎn)工藝可以得到高效率的研磨結(jié)果，進而提高效率。希望本文能為相關(guān)實驗及生產(chǎn)提供幫助。
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