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1、颜料的表面处理,-孔志平,颜料发生絮凝的原因,按照胶体化学的理论分子间的力主要有两种：引力和双电层斥力。 由于这些力的作用，相邻不同表面的分子相互靠近在一起，自发地缩小粒子间的表面积和表面能，于是颜料就从分散体系变成絮凝体。 生产过程中得到的原始颜料称为湿滤饼，还需进一步处理，包括粉碎和干燥。在干燥过程中，较细的颜料颗粒产生凝聚，使其粒径较原始粒径大许多倍，因而不能直接使用，必须进行分散处理。颜料的分散过程可以分为三步：润湿、细化和细化后的稳定化。,表面处理的作用,表面自由能=表面积*表面张力降低表面自由能的途径：1.降低表面积2.降低表面张力1）晶体构造2）分散介质的性质3）颜料的表面性质,
2、颜料的表面性质影响着颜料的分散性等。颜料经过表面处理后，表面性质能发生重大变化。颜料表面处理是在颜料粒子表面上沉积或包覆单分子或多分子的物质，包括表面活性剂、改性剂、颜料本身的衍生物等。,颜料表面处理的机理,表面处理方法主要有:,无机表面处理表面活性剂表面处理超分散剂表面处理松香皂表面处理 其他处理方法,一.无机表面处理,无机表面处理是在颜料表面形成一层均匀的无色或白色无机氧化物膜。无机表面处理剂中使用最多的是铝和硅的水合氧化物，其中Al2O3/SiO2系列被认为是最基本的标准组成。,单铝包膜的产品其Al2O3包膜量一般是颜料的16（质量），通常将硫酸铝溶液加入到分散好的颜料中，并控制适当的P
3、H值、温度等。,硅包膜剂通常使用硅酸钠，用量一般占颜料的110（质量），硅包膜的PH值控制在911之间，反应速度不能过快，否则会形成砂粒状的颗粒，不能沉积在颜料表面，所以反应时间太长。,H值的确定,H=23,pH11时效果最佳,几点注意事项,1.pH值选择要适当2.反应温度的控制 致密膜80100度 多孔膜60度左右3.硅酸钠溶液浓度要低4.反应时间要充分5.颜料分散状态要好，搅拌均匀,硅和铝复合膜的包覆,Al2O3/SiO2的比例是一个重要的因素，当Al2O3/SiO21，表面带正电，如果Al2O3/SiO21，表面带负电,TiO2也经常用于表面处理，它以具有一定健力的以离子键为特征的静电吸
4、引力结合在一起。该层主要原料是四氯化钛或硫酸钛溶液。另外，二氧化锆、氧化锰、氧化铬、氧化钼等也能用于表面包覆。,二.表面活性剂处理,颜料表面采用表面活性剂处理可使表面亲油性化或亲水性化、降低凝聚度且提高机械分散性。表面活性剂的加入还能促使粒子细化，防止杂晶生成。,各种物质水溶液的表面张力与浓度的关系有3种类型，如图所示曲线1所示，我们把能使溶剂的表面张力降低的性质称为表面活性，具有表面活性的物质称为表面活性剂。,表面活性剂结构特点,其结构如下图所示： A-B A端具有亲水性质，叫亲水基，种类繁多常见的如羧基COO、磺酸基SO3、硫酸酯基OSO3、醚基O、氨基N（CH3）3等等。 B端具有亲油性
5、质，叫亲油基，常见的结构有：直链烷基、支链烷基、烷基苯基等等。,表面活性剂的分类,离子型表面活性剂 阴离子型表面活性剂 阳离子表面活性剂表面活性剂 两性表面活性剂 非离子表面活性剂 特殊表面活性剂,表面活性剂的特性,1.临界胶束浓CMC2.亲水亲油平衡值（HLB值）3.非离子表面活性剂的浊点,1.临界胶束浓CMC,形成胶束所需的表面活性剂的最低浓度称为临界胶束浓度（CMC）。,CMC值的意义,表面活性剂水溶液的浓度只有在稍高于CMC值时，才能充分发挥作用。 离子型表面活性剂的临界胶束浓度一般在10-410-2molL-1以下；非离子型一般在10-610-4molL-1,接上页,2.亲水亲油平衡
6、值（HLB值）,“亲水亲油平衡”就是指表面活性剂的亲水基和亲油基之间在大小和力量上的平衡关系，反映这种平衡程度的量称为亲水亲油平衡值（HLB值）。,HLB的标准,HLB可以实验和计算两种方法得到， HLB没有绝对值，是相对值，一般以石蜡的HLB值为0，油酸的HLB值为1，油酸钾的HLB值为20，十二烷基硫酸钠的HLB值为40作为标准。,3.非离子表面活性剂的浊点,浊点是非离子表面活性剂的一个特性常数。 非离子表面活性剂溶液由透明变浑浊，和由浑浊变透明的平均温度称为浊点。,表面活性剂应用,1.润湿作用2.分散作用,1.润湿作用,如图所示，0，完全润湿；900部分润湿；18090，基本不润湿；18
7、0,完全不能润湿。,表面活性剂的作用,1）在固体表面发生吸附，改变固体表面性质2）提高液体的润湿性能,影响润湿作用的因素,1）温度2）浓度3）分子结构,2.分散作用,防止分散剂凝聚的物质称为分散剂。 表面活性剂有润湿、渗透性能，它在粒子表面定向吸附，改变粒子的表面性质，因而防止粒子的聚集，是一种优良的分散剂。,颜料表面处理可以选择单一的表面活性剂也可以用非/非或阴/非双组分表面活性剂混合应用，如果选用表面活性剂种类适当，其用量很少已经足够颜料表面改性；选用不当即使用量大增，也不能达到很好的表面改性。,颜料处理时表面活性剂的使用,1 种类选择依据-HLB值2 浓度确定依据-CMC值3 工艺条件的
8、确定,三.超分散剂表面处理,超分散剂始于70年代，80年代才正式系统地提出来，至90年代中期，超分散剂以其独特的应用功能，在众多分散剂中脱颖而出，成为当今最为人瞩目的助剂。,超分散剂的分子结构主要分为两个部分，其中一部分为锚式集团，如NR2,COOH，SO3H等，这些极性集团通过离子键、氢键以及范德华力等作用，紧紧地吸附于颜料表面，防止超分散剂的解析。另一部分为溶剂化链，这部分直接决定分散后的颜料在溶剂中的稳定性。为此，要求溶剂化链对分散溶剂有较高的亲和力，以保证具有良好的溶剂化作用，同时还应具有足够的碳链长度，以产生有效的空间立体屏障，阻止粒子间的相互吸引。,常用的溶剂化链有三种，第一类为低
9、极性烷烃链或聚酯链；第二类为中等极性的聚酯链或聚丙烯酸酯链；第三类为强极性的聚醚链。这三类溶剂化链分别适用于颜料粒子在低极性、中等极性和强极性溶剂中的分散。,超分散剂的作用机理是指溶剂化链以比较伸展的构象，在颜料粒子表面形成一定厚度的保护层。当吸附有超分散剂的颜料粒子相互靠近时，由于吸附层的排斥作用而使颗粒相互弹开，从而实现颜料粒子在介质中的稳定分散,超分散剂的吸附形态,超分散剂作用机理示意图,超分散剂的选择主要考虑两个因素：其一是分散介质的极性及其对超分散剂溶剂化链的溶解性；其二是待分散颜料的表面性质，如表面极性、表面酸碱性、表面官能团等。最佳用量以分散剂在颜料表面形成致密的单分子吸附层为标
10、准，大约为2mg/m2。,四、松香皂表面处理,松香处理技术最初应用于艳洋红6B等偶氮色淀颜料的表面处理，现已广泛应用偶氮颜料、酞菁颜料、咔唑紫颜料。松香是一种称之为松脂的天然树脂，其主成分是松香亭酸分子内含有不饱和键，由于其容易氧化变质和降低熔点等原因，近年多数使用新开发的氢化松香、聚合松香和不均化松香等。用松香进行表面处理的方法一般是在颜料的浆中加入松香的碱性水溶液，然后用碱土类金属盐或酸和长碳链脂肪族胺等使松香析出在颜料表面上。松香皂处理的主要作用是阻止干燥过程中颜料粒子的聚集，抑制晶粒的增长，阻止晶型转变。,五.其他处理方法,（1）高分子化合物处理或微胶囊是一种特殊的表面处理技术。目前高
11、分子化合物处理方法有原位聚合法和相分离法等。原位聚合法是把颜料和高分子化合物体系分散后进行悬浊聚合的方法或者把分散了的颜料作为单体进行块状聚合后再悬浊聚合或乳化聚合的方法。相分离法是把颜料分散在高分子化合物溶液中，然后用降低溶解度的方法使高分子化合物从溶液中析出沉淀在颜料表面的方法。,五.其他处理方法,（2）颜料衍生物法是把能被颜料表面吸附的羰基、砜基或叔胺基等官能团和在某些情况下把松香或高分子化合物等作为置换基直接导入颜料骨架上所形成的化合物的总称。若颜料衍生物具有与被处理的颜料相同或近似的结构骨架，当使用一定的百分比时，它们能有效的进行表面处理，包括颜料结晶表面或一次粒子表面的处理。,五、其他处理方法,（3）硅酸金属盐处理是使处理剂沉淀于颜料表面，使颜料表面的Zeta电位升高，在分散介质中有很好的抗沉淀性质。,谢谢,
