苯丙乳液膠漆的配伍工藝研究

苯丙乳液膠漆的配伍工藝研究

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對涂料的使用有了更高的要求，這也極大地促進了以乳膠漆為代表的環(huán)保建筑涂料的進步。在乳膠漆顏、填料分散過程中,細度作為生產(chǎn)工藝中的一個重要性能指標,關系到乳膠漆的貯存穩(wěn)定性、成膜質(zhì)量等,在生產(chǎn)過程中必須達到一定的要求。近年來,隨著乳膠漆的發(fā)展,對顏、填料的細度和水中分散性要求也日益提高,迫切要求顏、填料能在水中十分均勻地穩(wěn)定分散,甚至可以認為是工藝成功的關鍵所在。關于乳膠漆顏、填料的分散,Roger等研究了顏料體積濃度比和乳液粒徑對乳膠漆顏料分布的影響。Jarnstrom等考察了乳液對乳膠漆的表面結構和顏料潤濕的影響。呂少華等闡述了乳膠漆穩(wěn)定性理論,并介紹了生產(chǎn)過程和乳膠漆配方對分散穩(wěn)定性影響。曾羽燕等探討了水性涂料用氧化鐵紅色漿體系中顏料含量、預分散轉(zhuǎn)速、研磨次數(shù)、分散劑及增稠劑對分散穩(wěn)定性的影響。為更系統(tǒng)地研究苯丙乳膠漆的制備工藝以及不同顏填料對乳膠漆顏料漿液細度的影響,本文采用不同晶型鈦白粉作顏料、不同種類和粒徑填料,系統(tǒng)考察乳膠漆顏料漿液細度隨時間和攪拌轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律,對苯丙乳膠漆的配伍工藝進行優(yōu)化,并對在最優(yōu)工藝條件下制備出的乳膠漆膠粒的粒徑分布和乳膠漆的粘度穩(wěn)定性進行分析測試,為乳膠漆的生產(chǎn)工藝提供一定的指導。1實驗部分1.1增稠劑、水、泥、水苯丙乳液、銳鈦礦型鈦白粉、金紅石型鈦白粉、煅燒高嶺土、滑石粉、重鈣、硅藻土、蒙脫石粉、分散劑、堿溶脹型增稠劑均為工業(yè)級;氨水,分析純;蒸餾水,自制。U400/80-220型單相串激電動機;QXD型刮板細度計;JL-1155型激光粒度分布測試儀;STM-IV(B)型數(shù)顯式斯托默粘度計。1.2填料和填料的分散將適量的分散劑與蒸餾水攪拌均勻后,加入鈦白粉和填料,高速攪拌30～40min,使其分散均勻。加入乳液,最后滴加氨水,調(diào)節(jié)pH值至8～9,用增稠劑調(diào)至適當粘度,出料,即得乳膠漆樣品。1.3刮板細度及粒徑乳膠漆顏料漿液的細度根據(jù)國標GB/T6753.1—1988規(guī)定的刮板細度計法進行測試;采用激光粒度分布測試儀測試乳膠漆的平均粒徑及分布;乳膠漆的粘度根據(jù)國標GB/T9269—2009規(guī)定的斯托默黏度計法進行測試。2結果與討論2.1金紅石型鈦白粉分別采用銳鈦礦型、金紅石型鈦白粉作顏料,用量為乳膠漆總質(zhì)量的25%,攪拌轉(zhuǎn)速為1500r/min。乳膠漆顏料漿液的細度測試結果見圖1。由圖1可知,在分散的30min內(nèi),分別以兩種鈦白粉作顏料所制備出的顏料漿液細度均隨分散時間的增加而減小。以金紅石型鈦白粉作顏料時,細度下降很快;以銳鈦礦型鈦白粉作顏料時,細度減小很慢。在分散時間為15min時,以金紅石型鈦白粉為顏料制備出的顏料漿液細度為35μm,銳鈦礦型制備出的顏料漿液細度為60μm;在分散時間為30min時,金紅石型顏料漿液細度為10μm,銳鈦礦型為45μm,由此可知金紅石型鈦白粉比銳鈦礦型鈦白粉更易于分散。這是因為金紅石型晶體細長,呈棱形晶體,通常是孿晶,銳鈦礦型一般近似八面體。金紅石型的單體晶格是由2個二氧化鈦分子組成;銳鈦礦型是由4個二氧化鈦分子組成。所以金紅石型與銳鈦礦型相比,由于其單位晶格較小而緊密,故具有較大的穩(wěn)定性。圖2為鈦白粉的兩種晶型結構立體模型。當以一定的機械剪切力作用于兩種晶型的鈦白粉時,金紅石型的晶體結構較銳鈦礦型容易產(chǎn)生位移,其結構決定了在機械力作用下整個晶體結構較容易發(fā)生變化,能較快地在漿液中分散均勻。2.2結合材料對乳膠漿的厚度的影響2.1.1填料細度隨分散時間的變化填料是乳膠漆的重要組成部分,可以改善涂膜的物理性能和化學性能。為考察不同填料對乳膠漆顏料漿液細度的影響,本實驗選用乳膠漆常用的填料:煅燒高嶺土、滑石粉、重鈣、硅藻土和蒙脫石粉進行研究。填料用量為乳膠漆總質(zhì)量的15%,粒徑均為800目,攪拌轉(zhuǎn)速為1500r/min,顏料采用25%金紅石型鈦白粉。乳膠漆顏料漿液的細度測試結果見圖3。由圖3可知,在分散30min內(nèi),分別以5種填料配制成的顏料漿液的細度均隨分散時間的增加而減小。其中以煅燒高嶺土作填料時,乳膠漆顏料漿液細度下降最快,分散時間為15min時,細度為65μm,分散30min時即可達到30μm;其次是分別以滑石粉和重鈣作填料,兩者配制出的顏料漿液細度變化較相近,分散時間為15min時,均為70μm,分散30min時均達到40μm;以硅藻土作填料時,在剛開始15min的分散時間內(nèi),漿液細度下降較快,細度達到65μm,在后15min中內(nèi)變化趨于平緩,在30min時細度為50μm;以蒙脫石粉作填料時,顏料漿液細度變化最小,分散15min時,細度為70μm,分散30min時,才達到55μm。產(chǎn)生以上現(xiàn)象的可能原因是填料的結構不同引起的。經(jīng)過煅燒處理后的高嶺土表面部分或全部羥基脫掉,表面能降低,且晶體結構由原來有序的片層晶體結構變成松散的無序結構,使高嶺土分散性大大提高。滑石粉屬于層狀硅酸鹽結構,在外力作用下容易形成薄片,在水中不易分散,且極易形成聚集體,迅速沉降。重鈣粒子呈瘤狀,親水、分散性較好,但易沉淀。硅藻土顆粒結構呈不規(guī)則形狀,直徑很小,很容易堆積,且具有高吸收能力,一般可以吸收其自身質(zhì)量1.5倍的液體,所以較難分散。蒙脫石屬于單斜晶結構,是含水的二八面體或三八面體的層狀鋁硅酸鹽礦物,比一般黏土更能吸附水,能吸附本身質(zhì)量5倍的水,同時體積膨脹至干體積的十幾倍,所以很難分散均勻。2.2.2填料粒徑對填料細度的影響為了考察填料粒徑對乳膠漆顏料漿液細度的影響,本研究分別選取375,1250,2000目煅燒高嶺土;400,800,1250目重鈣;400,800,1250目滑石粉作填料。填料用量為乳膠漆總質(zhì)量的15%,攪拌轉(zhuǎn)速為1500r/min,顏料采用25%金紅石型鈦白粉。乳膠漆顏料漿液的細度測試結果見圖4～圖6。由圖4可知,分散時間為15min時,分別以375,1250,2000目煅燒高嶺土作填料時,顏料漿液細度分別為75,65,55μm;分散時間為30min時,漿液細度分別為50,30,20μm。由圖5可知,分散時間為15min時,分別以400,800,1250目重鈣作填料時,顏料漿液細度分別為75,70,65μm;分散時間為30min時,漿液細度分別為50,40,35μm。由圖6可知,分散時間為15min時,分別以400,800,1250目滑石粉作填料時,顏料漿液細度分別為75,70,65μm;分散時間為30min時,漿液細度分別為50,40,30μm。由圖4～圖6可知,隨著填料粒徑的減小,由其配制出的顏料漿液細度在相同的分散時間內(nèi)能夠達到的細度越小,達到規(guī)定細度所需要的分散時間越短。這是因為填料粒徑越小,在機械攪拌作用下越容易分散均勻。所以選用較小粒徑的填料有利于縮短乳膠漆生產(chǎn)周期。但填料粒徑太小,團聚力迅速增大,極易發(fā)生聚集而形成沉降,且成本較高;填料粒徑太大,在乳膠漆漿液中不易分散均勻,會增大乳膠漆的沉降速度,從而加速沉降和分水現(xiàn)象的發(fā)生。所以,填料粒徑大小選擇也應根據(jù)實際情況確定,目前乳膠漆生產(chǎn)中一般選用1250目的填料。2.3乳膠漆顏料漿液的細度攪拌轉(zhuǎn)速是生產(chǎn)乳膠漆應控制的關鍵因素,為考察攪拌轉(zhuǎn)速對乳膠漆漿液細度的影響,本研究選取攪拌轉(zhuǎn)速分別為800,1200,1500,1800r/min四個點進行考察。顏料采用金紅石型鈦白粉,用量為25%;填料采用1250目煅燒高嶺土,用量為15%。乳膠漆顏料漿液的細度測試結果見圖7。由圖7可知,在分散時間為15min時,分別以攪拌轉(zhuǎn)速為800,1200,1500,1800r/min時,顏料漿液的細度分別為75,70,65,55μm;分散時間為30min時,漿液細度分別為60,45,35,20μm。隨著攪拌轉(zhuǎn)速的增加,顏料漿液細度在相同的分散時間內(nèi)能夠達到的細度減小,達到規(guī)定細度所用的分散時間減少。這是因為顏填料在較大的機械攪拌作用下越容易分散均勻,所以選用較大的攪拌轉(zhuǎn)速有利于縮短乳膠漆生產(chǎn)周期。但攪拌轉(zhuǎn)速太高,會混入大量空氣,產(chǎn)生較多氣泡,還會增加生產(chǎn)能耗;攪拌轉(zhuǎn)速太低,不能使顏填料潤濕、分散均勻,并影響乳膠漆貯存穩(wěn)定性。所以在顏填料分散階段,為使顏填料能較快地帶入顏料漿液中并充分分散,攪拌轉(zhuǎn)速選擇應適中,一般選取1500r/min。2.4乳膠漆的細度和粘度以上述實驗結果為基礎,優(yōu)化苯丙乳膠漆的配伍工藝,配方見表1。對在此優(yōu)化工藝下制備的乳膠漆性能進行測試,結果見圖8～圖10。由圖8可知,在最優(yōu)工藝條件下制備出的顏料漿液的細度在分散時間15min時為45μm,在分散時間30min時,為20μm,細度較小,表明乳膠漆中顏填料分散較好。由圖9可知,所制備的乳膠漆膠粒的粒徑主要分布在1～10μm的范圍內(nèi),粒徑分布較窄,表明乳膠漆中顏填料分散比較均勻。由圖10可知,乳膠漆的粘度先隨貯存時間天數(shù)的增加而增大,后趨于平緩。這是因為剛經(jīng)過高速分散作用配制出的乳膠漆流體受到很大的剪切力作用,使體系內(nèi)的分子形狀發(fā)生變化,流動阻力變小,此時測得的粘度值較低。放置一段時間后,乳膠漆體系內(nèi)的分子形狀通過熱運動而部分復原,處于較穩(wěn)定的狀態(tài),此時流動阻力較大,測得的粘度值較高。隨著時間的繼續(xù)推移,乳膠漆體系內(nèi)分子充分復原,處于穩(wěn)定的狀態(tài),故其粘度逐漸保持不變,這表明乳膠漆的分散性較好,其穩(wěn)定性較高。3分散時間的考察選取不同晶型的鈦白粉作顏料,不同種類和粒徑的填料制備乳膠漆顏料漿液,系統(tǒng)考察了乳膠漆顏料漿液細度隨時間和攪拌轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律,優(yōu)化了苯丙乳膠漆的配伍工藝,并對在最優(yōu)工藝條件下制備出的乳膠漆膠粒的粒徑分布和乳膠漆的粘度穩(wěn)定性進行了測試,得出如下結論:(1)金紅石型鈦白粉較銳鈦礦型鈦白粉容易分散,以金紅石型鈦白粉為顏料制備出的顏料漿液細度在分散時間15min時為35μm;以銳鈦礦型為顏料制備出的顏料漿液細度在分散時間30min時為45μm。(2)在其它工藝條件相同的