当碳黑分散性好时,则涂料具有以下的特性。
1.光学性质如黑度、着色力、光泽、遮盖力等好。
2.流动性好
3.分散稳定性好
4.涂膜物性如平滑性、光泽保持性、机械性能(硬度、伸长率、冲击强度和附着性)、耐侯性均提高。
碳黑性能对涂料分散性及分散稳定性的影响,一般粉状、粒径粗的、结构高的碳黑分散较好。碳黑的表面化学性对分散性和分散稳定性的影响较大,但随所用连接料中树脂和溶剂的性能不同而不同。挥发分高的酸性碳黑在极性溶剂中的润湿性提高,在和钛白粉共用的灰色涂料中贮存稳定性好。
3.分散及分散稳定性的机理
一般碳黑在涂料中的分散需经历以下三个过程。
1.碳黑被漆料润湿,由碳黑—空气界面转为碳黑—漆料界面。
2.碳黑被分散,碳黑的附聚体被破碎为聚集体。
3.碳黑粒子的稳定化。碳黑聚集体表面吸附漆料中的树脂和表面活性剂,以保持胶态粒子的准稳定状态。
碳黑的润湿是指漆料浸透了碳黑附聚体间的空隙,碳黑附具体的大小、空隙率,特别是表面化学性对润湿有很大影响。支配碳黑附聚体分散的因素是剪切速度和剪切切应力,体系粘度和附聚体自身特性。在高剪切速度、高剪切应力、高粘度的体系中,碳黑附聚体较弱,而较易分散。
碳黑的分散稳定性对涂料来说是一个十分重要的性质,如果分散不稳定,在涂料贮存过程中,碳黑聚集体重新凝聚为附聚集体,即所谓“返粗”现象,不仅会使涂膜黑度发生变化,也会使涂膜的其他性能降低。
颜料和碳黑分散性保持机理主要有以下两点。
1.静电的排斥力使分散稳定化。碳黑表面吸附分散剂后,粒子表面的电位提高,且带有相同的电荷,因此粒子间的排斥力增加,而使分散稳定。
2.立体的保护(包封)作用使分散稳定化。由于树脂和分散剂的吸附后重叠于碳黑粒子表面,使表面的渗透压上升和值降低,粒子间排斥力也增大,而使分散稳定。
使涂料分散稳定化最有效的手段是添加分散稳定剂,在水性涂料中常用聚羧酸系钠盐或萘酸纳等阴离子型表面活性剂。非水性涂料则常用硬脂酸铝等金属盐或烷基苯磺酸钙、卵磷脂、脂肪酸的山梨糖酸脂或烷基聚胺等表面活性剂。
碳黑的表面化学性对碳黑在漆料中的分散稳定性有显著影响。经过表面氧化处理的表面,其表面羧基、羟基和内酯基增多,起到了“内在表面活性剂”的作用,和同样粒径结构未经氧化处理碳黑对比,可以提高分散稳定性,并降低分散剂用量。因此,在涂料用碳黑中,特别是水性涂料用碳黑,多选用经过表面氧化的高挥发分酸性碳黑品种。
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