摘要:利用沉降試驗測定了不同類型的高分子分散劑在水性介質中分散超細滑石粉的分散效果,并將分散穩(wěn)定的超細滑石粉懸浮液加入到苯丙乳液中制成了水性涂料。結果表明:分散劑fsj-502的分散效果;超細滑石粉加入后涂層的干性、回粘性、硬度和耐蝕性均有所提高。

    關鍵詞:超細滑石粉;水性涂料;沉降試驗

    0引言

    超細滑石粉是一種含水的鎂硅酸鹽礦物,組成為3mgo·4sio2·h2o。在超細滑石粉的晶格構造中,硅氧四面體連結成層狀結構,層與層之間以微弱的余鍵相吸而極易解裂[1],同時它還具有較高的長徑比。目前,超細滑石粉已被廣泛應用在涂料、造紙、塑料和化妝品等行業(yè)[2]。當應用在涂料中時,能賦予涂料優(yōu)異的可刷性、流平性、保光性,由此制得的涂層具有較好的耐沖擊性和柔韌性,且硬度較高,同時還能有效提高涂層的耐蝕性和干性[3]。隨著人們環(huán)保意識的增強,水性涂料的發(fā)展速度逐漸加快,超細滑石粉因其具有優(yōu)異的性能也被應用于水性涂料中,但因具有天然疏水性[4],使它在水性涂料中的分散穩(wěn)定性不好。為此,本文探討了幾種不同類型的高分子分散劑對超細滑石粉(2500目)懸浮液穩(wěn)定性的影響,并將其應用于水性涂料中。

    1實驗

    1.1滑石粉沉降試驗

    分別在10ml量筒中配制10ml含不同分散劑濃度的2%滑石粉懸浮液,超聲分散30min后靜置10h,記錄沉淀層的厚度并計算其沉降率。分散劑的分散效果用沉降率來衡量,其值越小越好[5]。

    1.2分散劑fsj-502吸附等溫線的測定

    (1)配制0.1%的fsj-502溶液,用紫外-可見分光光度計測定其吸收波長(λ);

    (2)配制質量分數(shù)分別為0.01%、0.04%、0.07%、0.1%、0.3%、0.5%和0.7%的fsj-502溶液,分別測定其在λ處的吸光度值,做出標準曲線;

    (3)在10ml量筒中分別配制10ml含不同fsj-502量的2%滑石粉懸浮液,經超聲分散、靜置、離心分離后取上層溶液測出其吸光度值,根據標準曲線得出fsj-502的平衡濃度(ce)。fsj-502的起始濃度與ce的差值即為fsj-502在超細滑石粉上的吸附量,Zui后得到fsj-502的吸附等溫線。
   1.3涂層的制備

    將超細滑石粉加入到以苯丙乳液作為主要成膜物質的水性涂料中,具體配制過程為:在20g的苯丙乳液(固含量為4814%)中加入10%的成膜助劑,并在磁力攪拌機上攪拌使其混合均勻;在10ml去離子水中分別加入0.2g、0.6g和1.0g的超細滑石粉,并加入fsj-502,超聲分散30min;將上述兩部分混合,同時加入一定量的助劑,攪拌均勻即得到所制涂料。將制備好的涂料均勻噴涂在a3碳鋼上,涂層厚度控制在(25±3)μm。

    2結果與討論

    2.1不同類型分散劑對滑石粉分散的影響

    分別在超細滑石粉懸浮液中加入分散劑fsj-502、da-01、5040、s-100后經沉降試驗,得出其沉降率。圖1為不同分散劑用量對超細滑石粉懸浮液沉降率的影響。

圖1 分散劑用量對沉降率的影響
由圖1可以看出:加入不同的分散劑后,超細滑石粉懸浮液的沉降率不同,其分散效果不同,具體結果為:s-100<5040
2.2fsj-502分散劑在滑石粉上的吸附等溫線

    為了更好地解釋fsj-502用量對沉降率的影響,測定了fsj-502的吸附等溫線。圖2為0.1%fsj-502溶液的紫外吸收光譜。

圖2 fsj-502的紫外吸收光譜

由圖2可看出fsj-502在波長為300～340nm的范圍內均有吸收,且吸光度較大。因此,選擇320nm作為fsj-502的λ。在320nm下,測得fsj-502的標準曲線和吸附等溫線分別如圖3、圖4所示。

圖3 fsj-502的標準曲線

 由圖3可以看出,fsj-502的質量分數(shù)與吸光度呈較好的線性關系。
由圖4可以看出,隨溶液ce的增大,吸附量迅速增大,當ce達到0.6575g/l時,吸附量趨于飽和。對照圖1和圖4可以看出,隨fsj-502加入量的增加,吸附量逐漸增大,懸浮液的沉降率逐漸降低,說明分散效果與分散劑在顆粒表面的吸附量有著直接的關系。這是因為fsj-502吸附在超細滑石粉顆粒表面時,其高分子長鏈能在水性介質中充分伸展,形成幾納米至幾十納米厚的吸附層,產生的空間位阻效應能有效阻止顆粒間的相互聚集;當fsj-502的加入量達到一定值后,其在顆粒表面的吸附量趨于飽和,懸浮液的沉降率也基本趨于穩(wěn)定。這可能是因為對于此粒徑的超細滑石粉,存在一個分散劑的相對分子質量,若相對分子質量過小,吸附能力較弱,反之則容易發(fā)生橋連或空位絮凝[7]。fsj-502的相對分子質量可能剛好處于相對分子質量的范圍內,所以隨fsj-502加入量的增大,懸浮液的分散穩(wěn)定性仍較好。因此可確定要達到分散效果所需加入fsj-502的Zui少量,即fsj-502的ce達到0.6575g/l時,吸附量剛好達到飽和吸附,此時加入量Zui少,分散效果。

圖4 fsj-502的吸附等溫線
2.3滑石粉對涂層性能的影響

    表1為超細滑石粉加入量對涂層性能的影響。

表1 滑石粉對涂層性能的影響

        由表1可以看出,隨著超細滑石粉加量的增加,涂層的表干能力、回粘性、硬度和耐蝕性均得到了明顯提高;當加入量較多時,涂層的透光率、附著力卻有所下降;涂層的柔韌性和耐沖擊性幾乎沒有變化。由于超細滑石粉的加入,涂料的固含量增加,涂層的表干能力、回粘性均得到了提高。滑石粉的莫氏硬度為1,加入的滑石粉量越多,涂層的硬度就越高,而且超細滑石粉的片狀結構既可以有效改善涂料的流平性,減少涂層缺陷,又可以有效延長腐蝕介質的擴散路徑,從而提高涂層的耐蝕性。但加入過多的超細滑石粉,會導致涂層的遮蓋力增加,透光率下降,同時由于滑石粉層間的結合力較弱易解裂,使得涂層的附著力有所下降。超細滑石粉因其具有較高的長徑比,可賦予涂層較高的耐沖擊性和斷裂韌性,故涂層的柔韌性能和耐沖擊性能穩(wěn)定。

    3結語

    超細滑石粉懸浮液中加入不同分散劑后,分散效果為fsj-502>da-01>5040>s-100,所以本試驗的分散劑是fsj-502,并通過實驗發(fā)現(xiàn),隨分散劑fsj-502量的增加分散效果逐漸變好,且當分散劑fsj-502的平衡濃度達到0.6575g/l時,達到分散效果且趨于穩(wěn)定。將分散穩(wěn)定的超細滑石粉懸浮液加入到苯丙乳液中制成涂料,其涂層的干性、回粘性、硬度和耐蝕性均得到了較大程度的提高,且涂層的柔韌性能和耐沖擊性能穩(wěn)定。