摘要:利用沉降試驗(yàn)測(cè)定了不同類型的高分子分散劑在水性介質(zhì)中分散超細(xì)滑石粉的分散效果,并將分散穩(wěn)定的超細(xì)滑石粉懸浮液加入到苯丙乳液中制成了水性涂料。結(jié)果表明:分散劑fsj-502的分散效果;超細(xì)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(guān)鍵詞:超細(xì)滑石粉;水性涂料;沉降試驗(yàn)

    0引言

    超細(xì)滑石粉是一種含水的鎂硅酸鹽礦物,組成為3mgo·4sio2·h2o。在超細(xì)滑石粉的晶格構(gòu)造中,硅氧四面體連結(jié)成層狀結(jié)構(gòu),層與層之間以微弱的余鍵相吸而極易解裂[1],同時(shí)它還具有較高的長(zhǎng)徑比。目前,超細(xì)滑石粉已被廣泛應(yīng)用在涂料、造紙、塑料和化妝品等行業(yè)[2]。當(dāng)應(yīng)用在涂料中時(shí),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(shí)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(shí)的增強(qiáng),水性涂料的發(fā)展速度逐漸加快,超細(xì)滑石粉因其具有優(yōu)異的性能也被應(yīng)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(duì)超細(xì)滑石粉(2500目)懸浮液穩(wěn)定性的影響,并將其應(yīng)用于水性涂料中。

    1實(shí)驗(yàn)

    1.1滑石粉沉降試驗(yàn)

    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(jì)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(cè)定

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

    (2)配制質(zhì)量分?jǐn)?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(cè)定其在λ處的吸光度值,做出標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)超聲分散、靜置、離心分離后取上層溶液測(cè)出其吸光度值,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(xì)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(xì)滑石粉加入到以苯丙乳液作為主要成膜物質(zhì)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(jī)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(xì)滑石粉,并加入fsj-502,超聲分散30min;將上述兩部分混合,同時(shí)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(jié)果與討論

    2.1不同類型分散劑對(duì)滑石粉分散的影響

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

圖1 分散劑用量對(duì)沉降率的影響
由圖1可以看出:加入不同的分散劑后,超細(xì)滑石粉懸浮液的沉降率不同,其分散效果不同,具體結(jié)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(duì)沉降率的影響,測(cè)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(zhǎng)為300～340nm的范圍內(nèi)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(cè)得fsj-502的標(biāo)準(zhǔn)曲線和吸附等溫線分別如圖3、圖4所示。

圖3 fsj-502的標(biāo)準(zhǔn)曲線

 由圖3可以看出,fsj-502的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與吸光度呈較好的線性關(guān)系。
由圖4可以看出,隨溶液ce的增大,吸附量迅速增大,當(dāng)ce達(dá)到0.6575g/l時(shí),吸附量趨于飽和。對(duì)照?qǐng)D1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(guān)系。這是因?yàn)閒sj-502吸附在超細(xì)滑石粉顆粒表面時(shí),其高分子長(zhǎng)鏈能在水性介質(zhì)中充分伸展,形成幾納米至幾十納米厚的吸附層,產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)能有效阻止顆粒間的相互聚集;當(dāng)fsj-502的加入量達(dá)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?yàn)閷?duì)于此粒徑的超細(xì)滑石粉,存在一個(gè)分散劑的相對(duì)分子質(zhì)量,若相對(duì)分子質(zhì)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(duì)分子質(zhì)量可能剛好處于相對(duì)分子質(zhì)量的范圍內(nèi),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(dá)到分散效果所需加入fsj-502的Zui少量,即fsj-502的ce達(dá)到0.6575g/l時(shí),吸附量剛好達(dá)到飽和吸附,此時(shí)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(duì)涂層性能的影響

    表1為超細(xì)滑石粉加入量對(duì)涂層性能的影響。

表1 滑石粉對(duì)涂層性能的影響

        由表1可以看出,隨著超細(xì)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(dāng)加入量較多時(shí),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(xì)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?；鄣哪嫌捕葹?,加入的滑石粉量越多,涂層的硬度就越高,而且超細(xì)滑石粉的片狀結(jié)構(gòu)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(zhǎng)腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散路徑,從而提高涂層的耐蝕性。但加入過多的超細(xì)滑石粉,會(huì)導(dǎo)致涂層的遮蓋力增加,透光率下降,同時(shí)由于滑石粉層間的結(jié)合力較弱易解裂,使得涂層的附著力有所下降。超細(xì)滑石粉因其具有較高的長(zhǎng)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(jié)語

    超細(xì)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(yàn)的分散劑是fsj-502,并通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨分散劑fsj-502量的增加分散效果逐漸變好,且當(dāng)分散劑fsj-502的平衡濃度達(dá)到0.6575g/l時(shí),達(dá)到分散效果且趨于穩(wěn)定。將分散穩(wěn)定的超細(xì)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。