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水性涂料分散剂HH2011

名称:水性涂料分散剂HH2011
详细信息 :

【HH®2011水性涂料分散剂通用型】


 

 HH®2011分散剂为羧酸改性聚合物溶液。


 

HH®2011分散剂改善固体或液体在水中的润湿分散性能,减少分散过程所需时间,使物料稳定分散在水中。 



 

外观             米黄色透明液体

有效含量         40%

PH值            8

粘度(mPa·s)    1500~200025℃)

溶剂             水、乙醇、丁醚



 

HH®2011分散剂改善固体或液体在水中的润湿分散性能,减少分散过程所需时间,使物料稳定分散在水中。HH®2011分散剂的添加量取决于有机相的粒径和比表面积,有效分散剂的添加量为分散后有颜填料比表面积的20%到50%,用于分散液体状有机相时,将HH®2011分散剂和小分子HH2000E并用(质量比为1:1到3:1),能制得粒径小、分布窄且储存稳定性好的悬浮液。是制作水性通用色浆、喷墨墨水、农药水悬浮剂、PE蜡水悬浮剂的优秀分散剂。




HH®2011分散剂是聚(丙烯酸丁酯-co苯乙烯-b-丙烯酸)嵌段聚合物,其中聚(丙烯酸丁酯-co-苯乙烯)是疏水段,聚丙烯酸是亲水段。在水中,类似小分子表面活性剂,溶解的疏水-亲水嵌段聚合物会自组装形成胶束,当疏水-亲水嵌段聚合物浓度较小时,聚合物溶液呈透明状态;当疏水-亲水嵌段聚合物浓度较大时,聚合物溶液呈混浊状态。由于聚合物分子量大,其形成胶束需要的时间比小分子表面活性剂长。研究表明, 在水中以弱结合力形成微胶束的疏水-亲水型的分散剂,对碳黑 、有机颜料等低表面极性的粒子分散效果最好。

HH®2011分散剂通过分子中的疏水基团吸附在被机械力分散的有机相表面,分子中的羧酸离子提供了空间位阻和静电斥力,从而使有机相能够稳定悬浮于水中。


 

有机颜料     20~30%

氧化铁颜料   5~10%

炭黑         20~30%

二氧化钛     5%~7%

PE蜡粉      5~10%



 

HH®2011分散剂和水混和均匀,调节水溶液的pH值为8左右,后向其中加入待分散的物料,分散均匀上机研磨。



 

  1*25kg或1*125kg


 

常温,生产之日起未启封18月。避光、阴凉、通风干燥地方存放。




双亲型嵌段聚合物分散剂在水性色浆中的应用


摘要

采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)合成了疏水-亲水双亲型嵌段聚合物水性分散剂HH®2011对碳黑、有机颜料分散效果好,制备的FW200碳黑色浆和PV23永固紫色浆稀释稳定性好,色浆中颜料粒径大约100纳米且粒径分布窄,色浆流动性好、热稳定性好。HH®2011分散剂制备的色浆在乳胶漆中颜色接受性好。



1 前言

在涂料中,颜料是重要的组成部份,粒径优化后的颜料具有最大的遮盖力和着色强度。然而,在运输、储存过程中,颜料初级粒子会形成聚集体或团聚体。在涂料生产过程中,需要将聚集体或团聚体重新分散成初级粒子并稳定初级粒子。只有这样,颜料才能提供高的着色强度、颜料耐候性、储存稳定性。分散过程中,首先是液相润湿颜料粒子,后机械力打碎聚集体。分散剂的作用是稳定打碎后的粒子、阻止粒子再团聚。

HH®-2011在溶剂和水性体系中,颜料分散存在显著差异。在溶剂体系中,润湿通常比较容易,因为溶剂、树脂表面张力较低,不需要特殊添加剂来改善颜料润湿性。由于水表面张力高,需要特殊添加剂来降低表面张力,才能使得低表面张力的颜料被水相充分润湿。在水性体系中,主要是靠静电排斥作用稳定颜料粒子,含丙烯酸或马来酸酐的聚合物常用来分散无机颜料粒子。碳黑、有机颜料主要由壬基酚聚氧乙稀醚稳定,但因为壬基酚具有毒性,涂料配方中已被禁用。疏水-亲水双亲型嵌段聚合物是卓越的颜料分散剂[1,2],分散剂分子中的疏水段通过与碳黑、有机颜料间的疏水作用包覆在粒子表面,亲水段通过静电和位阻双重作用提供稳定性。通过控制疏水段和亲水段的组成、聚合度,能够获得最大限度的分散效果。

可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)[3],可合成嵌段聚合物。采用RAFT技术合成了疏水-亲水双亲型嵌段聚合物水性分散剂HH®2011,用于在水中分散碳黑、有机颜料。经测试,HH®2011对碳黑、有机颜料分散效果好,用HH®2011制备的FW200色浆和PV23色浆,颜料粒径分布窄、流动性好、热稳定性好,色浆在乳胶漆中颜色接受性好。



2 实验原料

碳黑:德固赛50L。水性分散剂:HH®2011(固含量40%)。乙醇胺、消泡剂3082。行星式球磨机,型号KQM-Z/B,咸阳金宏通用机机械有限企业。数字旋转粘度计,型号SNB-2-J,上海地学仪器研究所。激光光散射仪,型号BI-200SM,美国Brookhaven企业。


 

制备色浆

 20分散剂HH®20110.5消泡剂308259.3克水加入到100毫升球磨罐,搅拌均匀,用大约0.2乙醇胺调节体系pH值为7.5,后加入2050L碳黑;搅拌均匀后,加入400克氧化锆球磨珠(直径1.5毫米)。第二天,将球磨罐放入球磨机,800/分钟,球磨8小时。


 

3 结果与讨论

3.1 色浆储存稳定性、粘度

将制备的碳黑色浆50摄氏度静置30天,热存放后的色浆没有分层、沉降、结块、凝固,外观和热存放前一样。


1 色浆的粘度(20摄氏度)

转速(rpm)(mPa·s)

 5

 10

 20

  50

热存放前

101.9

74.28

53.66

48.51

 

用水性分散剂HH2011制备的碳黑色浆,室温静置7天测试色浆的粘度。色浆粘度小、流动性好,旋转粘度计测试,20/分时粘度是53.66 mPa·s。


3.2 色浆中碳黑的粒径

 

1(a)碳黑色浆,热存放前

 

1(b)碳黑色浆,热存放后

 

1滴(大约0.025毫升)滴入盛有大约5毫升水的测试池中,激光光散射仪测试碳黑色浆热存放前后色浆中碳黑粒子的粒径,结果见图1(a)1(b)。热存放前,光散射测得色浆中碳黑粒径大约122.3纳米,并且碳黑粒子粒径分布很窄(图1(a),相对粒径变化值为0);热存放后,色浆中碳黑粒子粒径为112.7纳米,粒径变化小,碳黑粒子粒径分布轻微变宽(图1(b),相对粒径变化值为0.107),证明用水性分散剂HH®2011备的碳黑色浆具有优秀的热稳定性。水性分散剂有望用于制备对稳定性要求高的色浆,如喷墨墨水色浆、喷墨印花色浆、中性笔墨水色浆。光散射测试的是用水将色浆稀释200倍后的粒径,证明色浆耐水稀释性优秀使用能提供更大分散能力的设备,增加分散剂用量,制备的碳黑色浆粒径可能更小。


 

2.1原料、仪器

颜料:碳黑FW200;永固紫 PV23。分散剂:HH2011(365备用网址:mobile.game-365,固含量40%,丙二醇含量20%)、竞品1 (迪高740W)、竞品2(BYK190)。丙二醇、乙醇胺、消泡剂3082(广州市豫锦贸易有限企业)。行星式球磨机,型号KQM-Z/B,咸阳金宏通用机械有限企业。激光光散射仪,型号BI-200SM,美国Brookhaven企业。


2.2制备色浆

将表1配方中的组分(除颜料)按顺序加入到250毫升球磨罐中,搅拌均匀,水溶液pH值大约为8,加入颜料,搅拌均匀后,加入400克氧化锆球磨珠(直径1.5毫米)。第二天,将球磨罐放入球磨机,800转/分钟,球磨4小时。

表1 色浆配方

 

B1#

B2#

B3#

B4#

V1#

V2#

竞品1

10

12

0

0

0

0

竞品2

5

3

22.5

0

30

0

DF2100

0

0

0

25

0

30

丙二醇

5

5

5

0

6

0

乙醇胺

0

0

0

0.3

0

0.3

消泡剂3082

0.3

0.3

0.3

0.3

0.3

0.3

64.7

64.7

57.2

59.4

33.7

39.4

颜料

15

(FW200)

15

(FW200)

15

(FW200)

15

(FW200)

30

(PV23)

30

(PV23)

 

2.3色浆的展色性

       色浆在乳胶漆中颜色接受性问题主要表现为展色性,常用指研法测试。将色漆加入到基础漆中,在混匀机中混合2分钟,刮涂制板并进行指研测试。比较指研区和非指研区的色差,色差越大,说明调色越差,不能得到准确一致的颜色。以TG平涂为基础漆,做色浆添加量为3%的展色性测试。



3 结果与讨论


3.1 色浆储存稳定性

FW200色浆粘度,B2>B1>B3=B4。竞品2分散效果比竞品1和竞品2并用好,HH2011的色浆粘度小,流动性好。50摄氏度静置,5天,B1、B2凝成果冻状;15天,B3中有许多小块,B4中没有凝块。激光光散射仪测试B3、B4热存放前后色浆中碳黑粒子的粒径,结果见图1、图2、表2。热存放前,竞品2制备的B3,光散射测得其中碳黑粒径大约100纳米;HH2011制备的B4,光散射测得其中碳黑粒径大约130纳米。光散射测得的粒子粒径数值反映了吸附了分散剂的粒子的尺寸,在B4中,碳黑粒子表面吸附的分散剂含有聚合度大约30的聚丙烯酸盐,并且聚丙烯酸盐会从碳黑粒子表面伸向水中,这样就增大了原有碳黑粒子的粒径。因为无法判断竞品2HH2011引起的碳黑粒子尺寸的增值,所以无法比较热存放前B3、B4中碳黑粒子的真实粒径。热存放前,B3中碳黑粒子粒径分布很窄(图1a,相对粒径变化值为0、0和0.306),B4中碳黑粒子粒径分布更窄(图2a,相对粒径变化值为0、0和0)。热存放后,B3中碳黑粒子粒径显著变大,由热存放前的大约100纳米变为大约150纳米,而且粒径分布变宽(图1b,相对粒径变化值为0、1.721和8.217),并且形成了大约5微米的团聚体,说明用竞品2制备的碳黑色浆的热稳定性不理想。热存放后,B4中碳黑粒子粒径变化不大(小于20纳米),碳黑粒子粒径分布也没有显著变化(图2b,相对粒径变化值为0、0和0.407)。说明用HH2011作分散剂制备的碳黑色浆具有优秀的热稳定性。


表2  B3、B4热存放前后色浆中碳黑粒子的粒径

 

B3

B4

(nm)

91.0

98.1

162.8

111.1

139.5

140.7

(nm)

143.9

214.0

804.7

108.1

133.4

158.4

图1(a) B3热存放前,色浆的光散射图

图1(b) B3热存放后,色浆的光散射图

图2(a) B4热存放前,色浆的光散射图

图2(b) B4热存放后,色浆的光散射图

永固紫PV23色浆粘度,V2>V1。竞品2制备的V1色浆粘度小,流动好。HH2011制备的V2粘度稍大,但流动性尚可。说明HD-2011尽管不如竞品2优秀,仍是有效的有机颜料水性分散剂。50摄氏度静置, 15天,V1、V2中都没有凝块,流动性没变化。

激光光散射仪测试V1、V2热存放前后色浆中永固紫粒子的粒径,结果见图3、图4、表3。竞品2制备的V1HD-2011制备的V2,光散射测得色浆中永固紫粒径都大约是100纳米。热存放前后,V1、V2中粒子粒径分布都很窄,粒径分布也都没有显著变化(图3a,3b;图4a,4b)。热存放前后,V2中永固紫粒子粒径变化不大(大约10纳米),说明用HD-2011作分散剂制备的永固紫色浆具有优秀的热稳定性。


表3 V1、V2热存放前后色浆中炭黑粒子的粒径

 

V1

V2

前(nm)

53.5

92.9

255.9

86.4

93.9

96.1

后(nm)

107.7

117.4

130.3

96.0

105.3

105.5

 

图3(a) V1热存放前,色浆的光散射图

 

图3(b) V1热存放后,色浆的光散射图

 

图4(a) V2热存放前,色浆的光散射图

 

图4(b) V2热存放后,色浆的光散射图

激光光散射仪测试的是用水稀释200倍后色浆(稀释后颜料含量大约0.001%)的粒径,B4、V2粒径分布窄、没有大颗粒,说明HD-2011制备的色浆稀释稳定性好。


3.2色浆的展色性

碳黑色浆对比:


表4 竞品2制备的碳黑色浆B3的展色性

3%

ΔE

ΔL

Δa

Δb

差别

ΔE平均值

1

0.23

0.22

-0.03

-0.05

0.235

2

0.24

0.12

-0.02

-0.16

浅,偏艳

 

 

5 HD-2011制备的碳黑色浆B4的展色性 

3%

ΔE

ΔL

Δa

Δb

差别

ΔE平均值

1

0.11

-0.08

-0.02

-0.05

0.135

2

0.16

-0.14

0.02

-0.06

 


竞品2制备的碳黑色浆B3的ΔE值为0.235,HH2011制备的碳黑色浆B4的ΔE值为0.135,说明HH2011制备的碳黑色浆B4的展色性比竞品2制备的B3好,B4在乳胶漆中颜色接受性比B3好。

永固紫色浆对比:

表6 竞品2制备的永固紫色浆V1展色性

3 %

ΔE

ΔL

Δa

Δb

差别

ΔE平均值

1

0.51

0.50

0.14

-0.08

浅偏艳,红

0.465

2

0.42

0.38

0.34

-0.26

浅偏艳,红

 

表7 A11制备的永固紫色浆V2展色性

3 %

ΔE

ΔL

Δa

Δb

差别

ΔE平均值

1

0.33

0.32

0.01

-0.23

0.36

2

0.39

0.34

0.28

-0.38

浅,偏艳

 

竞品2制备的永固紫色浆V1的ΔE值为0.465,HH2011制备的永固紫色浆V2的ΔE值为0.36,说明HH2011制备的永固紫色浆V2的展色性比竞品2制备的V1好,V2在乳胶漆中颜色接受性比V1好。


4 结论

双亲嵌段水性分散剂HH2011可在水中分散碳黑、有机颜料,用HD-2011制备的FW200色浆和PV23色浆,颜料粒子粒径大约是100纳米且粒径分布窄,色浆流动性好、热稳定性好。HH2011制备的FW200色浆和PV23色浆稀释稳定性好,在乳胶漆中颜色接受性更好,展色性更优秀。


参考文献

[1] J.A. Simms, H.J. Spinelli, Journal of Coatings Technology,1987, 59(742):125.

[2] H. J. Spinelli. Group transfer polymerization and its use in water based pigment dispersants and emulsion stabilizers. Progress in Organic Coatings, 1996, 27(1-4):255-260.

[3] Roshan T. A. Mayadunne, Ezio Rizzardo, John Chiefari, et al. Living Radical Polymerization with Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer (RAFT Polymerization) Using Dithiocarbamates as Chain Transfer Agents. Macromolecules, 1999, 32(21):6977-6980.

 

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