颜料的润湿
颜料的初始润湿就是把颜料表面的空气和水分取代为润湿剂和颜料的界面,润湿过程可以简单地分为:吸附、渗透、扩散。颜料和润湿剂接触时,接触角小,润湿剂在颜料粒子间的微小间隙中作毛细渗透,然后渐渐渗透至颜料颗粒之间的孔隙,因而降低了颜料颗粒之间的凝聚力,从而降低了破碎颜料附聚体所需的能量。
颜料的润湿可以用著名的瓦什伯恩(WASHBUM)方程式来描述,如果把颜料粒子近似看作为半径 R,毛细管滲透长度为L,则颜料的润湿效率(即渗透时间)T可用下式来表示。
在方程式中 η是润湿剂粘度 rl 润湿剂表面张力,θ:颜料与润湿剂表面接触角度 K是常数。
从瓦什伯恩(WASHBUM)方程式可以看出影响颜料润湿的因素是:
第一 颜料的润湿与颜料颗粒表面性能有关
颜料颗粒的表面特性与其分子堆积,排列方式有关,不同的粒子排列显示不同表面状态。通常分子排列晶体并不对称,在不同方向成长速度的差异导致颜料形成片状,针状,长方形等不同晶体。
一般来说片状的颜料晶体,极性部分大于非极性的面积,粒子总体呈较强的亲水性; 按照相似相溶的原理,如果颜料颗粒表面呈极性,那么颜料与极性溶剂(如水)的润湿角θ就小,也就容易被极性溶剂所润湿,因此,该类颜料常被应用于水性喷墨墨水,水性涂料等,呈现比较理想的分散性能。而针状,棒状的颜料晶体颗粒因其非极性部分大于极性的面积,故而颜料颗粒呈较强的亲油性。如果颜料颗粒表面是非极性的,当被应用于非极性的塑料树脂中,那么它也能很好地被润湿和分散。我们可以从下图中看出颜料黄183 的颗粒呈现针状结构,其长宽(直径)比可以高达30-50:1;颜料蓝15:3 结晶颗粒是捧状的,其长度宽 (直径)比也高达8-10:1。由此可以预见具有这类结晶形态结构的这两款颜料产品具有明显强烈的亲油性,那么它们在非极性塑料树脂中的分散性会体现的比较好,而且,颜料黄183的分散性要比颜料蓝15:3更胜一筹。
我们可以通过测定颜料的润湿角来判断颜料表面特性的一个依据。把颜料粉末经压制形成一个光滑表面,水平放置,在颜料表面上轻轻地滴上一个水滴,测量水滴与颜料平面相接触点水滴内切角,即可判断水对于该颜料的润湿性能。