钛白大讲堂(一):钛白粉分散问题探讨

钛白粉是一种白色无机颜料,而颜料的应用性能中,分散性指标是用户最为关注的;

颜料的分散和稳定,对涂料的最终性能和贮存稳定起着重要作用,由于颜料和树脂体系的多样性,选择合适的分散工艺是一项复杂的工作;

分散工艺包括:颜料、分散剂、分散设备;

一、颜料的表面处理改善分散性能;

钛白粉生产企业通常都会对金红石型钛白粉进行有机处理,通过添加有机处理剂,改善钛白粉的分散性;

钛白生产企业添加有机处理剂的方法:闪蒸干燥后的物料经过气流粉碎机的时候,通过负压方式,在钛白粉粒子表面形成一层有机处理剂包覆层;

气流粉碎原理

气流粉碎机亦称气流磨、喷射磨或流能磨,它是利用高速气流或过热蒸汽的能量使颗粒相互产生冲击、碰撞、摩擦而实现超细粉碎或解聚的设备。

气流粉碎的一般原理:将干燥无油的压缩空气或过热蒸汽通过拉瓦尔喷管加速成超音速气流,喷出的高速射流带动物料做高速运动,使颗粒相瓦碰撞、摩擦而被粉碎。被粉碎的物料随气流到达分级区,达到细度要求的物料最终由捕集器收集,没有达到要求的物料再返凹粉碎室继续粉碎,直至达到所需细度并被捕集为止。

气流磨粉碎产品除粒度细之外,还具有粒度分布窄、颗粒形状规整、纯度高、活性大、分散性好等特点

钛白粉生产对气流粉碎机的选择

根据钛白粉的粉碎要求:粒度分布窄、夹杂增加少、分散性好等,及钛白粉物料特性:粘度高、流动性差、粒度细容易附壁等,目前国内外钛白生产厂家均选用具有自分级功能的扁平式(亦称水平圆盘式)气流粉碎机作为钛白粉的最终粉碎设备;

并且使用过热蒸汽为粉碎工质。因蒸汽易得、便宜,蒸汽工质的压强比压缩空气高得多且也易提高,因而蒸汽气流动能比压空大。同时过热蒸汽的洁净度比压空高,粘度低、不带静电,而且粉碎的同时,可以消除物料因碰撞、摩擦而产生的静电,减少粉后物料的二次内聚现象。并且,在高温状况下粉碎,可提高钛白粉的应用分散性,增加钛白粉的流动性。能耗低,仅为压空的1/3~2/3。另外,使用扁平式气流磨,在粉碎的同时,可加入有机助剂,对钛白粉进行表面有机改性,以增加钛白粉在不同应用体系中的分散性。

气粉的收集方式主要为干法收集,即从气粉机出来的物料,先进入高温袋滤器进行汽固分离,现在的表面覆膜耐高温滤料,分离率可达99.5%以上,分离出的物料,经高温袋滤器下部星形卸料器卸出,进行冷却包装,分离出的高温尾气从高温袋滤器上部净气室排出,进入尾气余热回收装置进行余热利用

 图一:气粉机 

1-1.png

 图二:气粉机内部结构图

1-2.png

上篇文章,我们介绍过钛白粉生产企业通常会选用的有机处理剂类型:TMP、TME或有机硅类;

二、分散剂的选择优化分散技术

涂料体系分散剂的作用:

分散剂就是能将固液悬浮体中的固体粒子(如颜料)稳定分散于介质中的表面活性剂

分散剂基本原理:

1、空间位阻效应

高分子化合物具有较大的分子量,高分子链在介质中充分伸展形成几纳米到几十纳米厚的吸附层,从而产生空间位阻效应。

2、静电排斥理论

分散剂通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用在农药颗粒界面吸附时,亲水基使颗粒带上负电荷,在分散粒子周围形成扩散双电层,产生电动电势即Zeta电势。当两个带有相同电荷的分散相离子相互靠近时,扩散双电层重叠而产生的静电排斥迫使带电的分散相离子相互分开,阻止了其合并,使悬浮体系保持其分散稳定性。

3、溶剂化链作用

通过其疏水基对颜料颗粒产生齿形吸附,亲水基朝水定向排列与水分子可以形成氢键,从而形成亲水性立体保护膜,该保护膜也进一步保证了离子的分散稳定性。

分散剂类型:

1、阴离子型:大部分是由非极性带负电荷的亲油的碳氢链部分和极性的亲水的基团构成。两种基团分别处在分子的两端,形成不对称的亲水亲油分子结构。它的品种有;油酸钠,羧酸盐、硫酸酯盐(R-O-SO3Na),磺酸盐(R- SO3Na),等等。阴离子分散剂相溶性好,被广泛应用。

2、阳离子型:是非极性基带正电荷的化合物。品种有十八烯胺醋酸盐。烷基季铵盐、氨基丙胺二油酸酯、季胺盐、特殊改性的多氨基酰胺磷酸盐等。阳离子表面活性剂吸附力强,对炭黑、各种氧化铁有机颜料类分散效果较好,但要注意其与基料中羧基起化学反应,还要注意不要与阴离子分散剂同时用,使用应慎重。

3、非离子型:不能电离、不带电荷。在颜料表面吸附比较弱,主要在水系涂料中使用。品种有脂肪酸环氧乙烷的加成物C17H33COO(CH2 CH2O)nH、聚乙二醇型多元醇和聚乙烯亚胺衍生物等。它们的作用是降低表面张力和提高润湿性。如果添加一些有机硅氧烷就可以防止发花、浮色和改善流平的作用。

4、两性型:是由阴离子和阳离子所组成的化合物。典型应用的是磷酸酯盐型的高分子聚合物。这类聚合物酸值较高,会影响层间附着力。

5、电中性型:是分子中阴离子和阳离子有机集团的大小基本相等,整个分子呈现中性但却具有极性。品种有:油氨基油酸酯;

6、高分子型(包括高中低分子量):而其中最为高档和最为稳定要属高分子型,例如:a.多已内配多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物,b.多已内酯再与三乙烯四胺的反应物,c.用基团转移聚合,先加甲基丙烯酸酯,再加甲基丙烯酸失水甘油酯制成的丙烯酸酯高分子。d.多羟基硬脂酸制得的低分子量聚酯,引入锚定基团制得的各种聚氨酯聚丙烯酸酯。等等,由于它们的锚定基团一头与树脂缠绕吸附,另一头又与颜料粒子包附。因此贮存稳定性是比较好的,当然也要注意不要用太强的溶剂,因为溶剂太强在高剪切力的情况下,会把这些高分子的超分散剂的锚定链溶解,进而引起颜料返粗絮凝。

涂料用的分散剂选择要素:

1、分散性能好,防止填料粒子之间相互聚集;

2、与树脂、填料有适当的相容性;热稳定性良好;

3、成型加工时的流动性好;不引起颜色飘移;

4、不影响制品的性能:无毒、价廉。

5、分散剂的最佳分散浓度(ODC)为5%。

三、分散设备的选择强调的分散工艺;

分散设备的主要功能是对聚集体颜料,通过机械能,又叫分散能,是将颜料解聚所消耗的能量;

分散强度又根据分散设备的不同而有差异,通常强度排序如下:

高速分散机--振荡磨--砂磨--球磨--三辊磨;

而用户在选择分散设备的同时,又得兼考虑产能和效率问题、能耗、设备空间等诸多因素;

 所以经常有客户探讨钛白粉的分散问题,事实上它是一个系统的问题,需要认真评估在分散设备固定的情况下,除颜料之外的配方体系中分散剂的选择;


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