顏料和填料的分散與穩定基礎知識
在油漆、涂料和墨水的生產過程中，固體顆粒（顏料和填料）在液體中的分散和穩定是一個具有挑戰性的過程。整個過程由三個步驟組成（濕潤、分離和穩定），從由固體顆粒團聚體組成的干燥粉末狀材料開始。
當粉狀固體與液體接觸時，顆粒會發生潤濕，通過施加機械力將固體顆粒彼此分離，分離出的顆粒必須穩定以防止絮凝。
接下來，將分別討論分散過程的三個步驟，它們大多同時發生。
1. 濕潤
在濕潤過程中，存在于顆粒表面和聚集體內部的空氣被用于分散過程中使用的液體取代。
濕潤：固體-氣體界面轉變為固體-液體界面
潤濕的先決條件是，與固體顆粒的表面能相比，液體的表面張力足夠低。潤濕劑是在顆粒表面能過低的情況下用于促進潤濕的添加劑，潤濕劑的功能是降低液體的表面張力。使用潤濕劑會引起泡沫、涂層間附著力不足、水敏感性增加和薄膜硬度降低等問題。
在許多情況下，分散過程中不需要濕潤劑。此外，使用濕潤劑通常會延緩濕潤過程而不是改善它。當液體的粘度較低時，濕潤和系統中的空氣釋放速度會更快。濕潤的重要性經常被低估，因此會在分散和穩定過程的后續步驟中出現問題。
2. 分離
團聚體 - 粘合在一起的固體顆粒 - 在分離步驟中被分裂。由于固體顆粒之間具有很強的吸引力，因此分離它們需要由合適的設備提供的大量機械能。將團聚體分成較小的片段有兩種原則：剪切和沖擊。
通過剪切力工作的圓盤分散器，通常稱為分散器。邊緣有齒的圓盤在高粘度的液體研磨基料中高速旋轉，從而將顆粒剪切開。
在珠磨機（通常稱為珍珠磨機）中，沖擊原理（結合碾碎）用于分裂團聚體。珠子（珍珠）相互碰撞，珠子之間的團聚體被錘擊并碾碎成小塊。
珠磨機和珠子的磨室
帶有轉子葉片的軸在部分充滿珠子的研磨室中旋轉。珠磨機的輸入是使用例如圓盤分散器進行的預分散。珠磨機的輸出是具有所需粒度分布的固體顆粒在液體中的分散體。
3. 穩定
已分離的顆粒必須穩定以防止絮凝，即在液體中固體顆粒的自發黏合。
固體顆粒通過一種稱為分散劑的聚合物添加劑來穩定，以防止絮凝。分散劑分子必須強烈吸附在顆粒表面。這種吸附現象通常被稱為錨定，具有對顆粒表面具有強親和力的基團稱為錨定基團。
分散劑的功能是提供膠體穩定性。從膠體的角度來看，當分離的顆粒因顆粒相互排斥而無法絮凝時，據說分散體是穩定的。
防止絮凝的兩種穩定原則如下：
首先，所有粒子都可以具有相同的靜電荷，從而使它們相互排斥。這種所謂的靜電穩定性至關重要，它取決于關鍵的系統特性，如pH值和存在的電解質量。在水性涂料和油墨中，主要使用陰離子穩定劑，這意味著所有顆粒都帶負電荷。
其次，顆粒可以覆蓋一層聚合物尾部，這些尾部溶解在顆粒周圍的液體中，從而提供空間穩定性。事實證明，空間穩定是溶劑型和水性體系中最安全的原理。
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