通常的工艺要求浆液具有较高的固含量、较低粘度同时具有较好的稳定性。悬浮液的稳定性是其基本性质:首先粒子不能太大,否则重力会导致快速地沉降;另一重要因素是粒子间的吸引力。不管是否存在其它力,范德华力都存在于粒子间。如果粒子引力足够大,彼此就会相互粘附,导致粒子束快速沉降(如:絮凝)。通常采用的防止絮凝的方法是在粒子表面引入相互排斥的力:电荷间的排斥力(电稳定)、吸附的高分子间的斥力(空间稳定)、或两者的结合(空间稳定)。双电层稳定机制,即通过调节pH值使颗粒表面带上一定的表面电荷,形成双电层;通过双电层之间的排斥力使粒子之间的引力大大降低,从而实现粉体的分散。钛白粉的表面电性是由粉体表面的荷电离子,如OH-、H+等决定的,当钛白粉分散到溶液中的电性还与溶液的pH之一即溶液的离子类型有关系。粉体表面的荷电性影响颗粒之间、颗粒与无机离子之间、表面活性剂离子以及其他化学物质之间的作用力,因此影响颗粒之间的团聚和分散。
根据双电层理论我们可以比较清晰的看出所谓的ξ电位并不是颗粒的界面电位皇俏讲阃獠嗟牡缥唬蔚缥挥肟帕=裘懿愕牡缥皇值慕咏梢越莆嗟取H攘ρУ缥蛔苁谴笥讦蔚缥唬讲阍胶瘭蔚缥辉降汀H绻帕1砻嫔系母旱绾墒凸潭ú阄降恼绾墒嗟龋蔚缥痪捅涑闪肆悖馐倍杂Φ娜芤旱膒H值称为等电点[4,5]。当溶液的pH值大于等电点时,粉体表面荷负电,小于等电点时,荷正电。当然,影响Zeta电位的因素很多,如粉体的化学成分、pH值、表面缺陷、溶剂、粒度分布等等。部分无机粉体的等电点如表1所示。
表1部分无机粉体的等电点
1.2表面化学特性
实际上在水性涂料体系里面,Zeta电位是随着钛白粉的单位吸附量的增加而迅速增大的,但是当Zeta电位升高到一定的程度后,其增大的幅度逐渐的变缓。从而表明钛白粉颗粒必须达到一定的吸附量,才能够具有一定的电荷稳定性,这一点对实际的水性涂料配方设计有着深远的意义。随着钛白粉粒子的细微化,表面原子所占比例增加。但表面原子受到的是不对称力,即与其邻近的内部原子的非对称价键力和其它原子的范德华力的作用,其价键是不饱和的。根据钛白粉在水溶液中的pH值不同,可带正电、负电和电中性。当pH比较小时,粒子表面形成M-OH2,导致粒子表面带正电;当pH高时粒子表面形成M-O键,使粒子表面带负电;如果pH值处于中间值,则表面形成M-OH,粒子呈电中性。在不同的pH下,分散在水中的粉体的表面化学特性就由吸附到颗粒表面的H+和OH-粒子所决定。
1.3水性涂料分散剂对钛白粉粉体特性的影响
在钛白粉含量不变的情况下,单位的吸附量与分散剂的含量成正比,根据公式a=Ax/(1+Ay)=x/(A-1+Y)可以推导出单位钛白粉上的吸附量。
根据胶体稳定性的DLVO理论,胶体质点之间存在范德华吸引作用,而质点在相互接近时又因双电层的重叠而产生排斥作用,胶体的稳定性取决于质点之间吸引与排斥作用的相对大小。悬浮体的分散性和流动性与其Zeta电位值有很大关系,一般地,Zeta电位绝对值越大,越有利于悬浮体分散。在浆料的制备过程中,为获得高分散性稳定性好的浆料,通常选用一些高分子电解质来改善其悬浮性能。引入分散剂以后,粒子表面Zeta电位绝对值增加,这是由于加入分散剂后,带有负电荷的分散剂阴离子基团吸附在钛白粉粒子表面,使粒子表面的负电荷性更高,粒子表面的电荷密度最高,粒子间产生最大的静电斥力,于是浆料具有最佳的分散性。因此,制备高固体含量的钛白粉浆料应该选择最佳pH值应在8~9左右。
金红石型钛白粉在水性涂料中应用性能的探讨
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