水性体系中炭黑分散的影响因素魏彤王利军张友兰尹月燕刘志华(天津大学化工学院,天津300072)摘要通过使用不同结构的分散剂分散表面性质各异的炭黑,考察了炭黑的表面性质、分散剂的结构、体系pH值及电解质的加入对水性体系中炭黑分散的影响。研究发现以疏水端为平面分子、亲水端为可解离盐基的离子型聚合物分散剂来分散原生粒子较小的酸性炭黑时,会得到良好的分散液。TheEffectsonDispersionofCarbonBlackinWaterWeiTongWangLijunZhangYoulanYinYueyanLiuZhihua(ChemicalEngineeringInstituteofTianjinUniversity,Tianjin300072)AbstractEffectsofsurfacepropertyofcarbonblack,structureofdispersant,pHvalueofsystemandadditionofelectrolyteonthedispersionofcarbonblackinwaterbornesystemareinvestigated.Itwasfoundthatwhencarbonblackwithsmallprimalparticlesizeisdispersedwithionizedpolymerdispersantinwhichplanemolecularseroesashydrophobicgroupandsaltgroupservesashydrophilicgroup,agooddispersioncanbeabtained.1前言随着世界环保意识的加强,水性涂料及印墨这种既节省能源又保护大气环境的产品愈来愈受到人们的重视。近几年来,各国先后开展了大量的工作,进行实用水性涂料及印墨的开发和研制〔1～6〕。在其开发过程中,除去研究性能优异的成膜材料之外,使得着色剂均匀而稳定地分散于展色料中是决定涂料和印墨性能的又一重要因素。因此,随着水性涂料和印墨的迅速发展,关于着色剂在水性体系中分散稳定性的研究愈来愈受到人们的关注。炭黑是一种广泛应用于印墨中的着色剂,许多生产厂家从提高炭黑在水中的润湿性着手,推出各种适于水性体系使用的炭黑,如美国Cabot公司生产出REGAL-400R等。然而,关于水性体系中影响炭黑分散稳定的各种因素尚无系统的报道。水高介电常数的特点使得在水性体系中能够影响粒子间电斥力的因素不容忽视,因此,系统地研究炭黑表面酸碱性、分散剂结构、体系pH值以及电解质的加入对水性体系中炭黑分散的影响不仅能够为国产炭黑及分散剂的改性提供理论依据,而且对开发实用性的水性涂料及印墨具有普遍的指导意义。本文在对炭黑表面酸碱性测定的基础上,用各种类型的分散剂对表面性质各异的炭黑进行研磨分散,同时考察了体系pH值以及电解质的加入对炭黑研磨分散的影响,依据分散后粒径的变化,分析了分散剂与炭黑表面的结合特点及影响水性体系中炭黑分散的各种因素,所得的结果对制备水性印墨和涂料时选择适当的炭黑和分散剂具有较高的应用价值。2实验方法2.1实验用原材料炭黑:实验用炭黑包括REGAL-400R(R-400R)、MOGUL-L(M-L)和TC-415由Cabot公司提供。各种炭黑比表面积、原生粒子直径、吸油量和挥发份列于表1。分散剂:实验室所用分散剂包括Joncry168(J-68)、BYK-154和Solsperse27000(S-27000),其结构见表2。其中J-68为阴离子型聚合物分散剂,由日本Johnsonpolymer株式会社生产;BYK-�8�水性体系中炭黑分散的影响因素表1炭黑的表面性质名称N2吸附表面面积(m2/g)原生粒子直径(μm)吸油量(cm3/100g)挥发份(%)R-400R960102572315M-L1380102460510TC-415900102555110154为两性聚合物分散剂,由丹麦BYK化学公司生产;S-27000为非离子型表面活性剂,由日本山本通产株式会社提供。其它实验材料均为化学试剂。2.2炭黑表面酸碱性的测定用已知浓度的盐酸和氢氧化钠水溶液配制成一系列不同pH值的空白溶液,然后在每个溶液中加入015g炭黑,用超声波清洗机超声分散20分钟,倾出上层清夜,用PHS-3C型酸度计(上海第二分析仪器厂)测定其pH值,所测pH值与空白溶液的pH值的差反映了炭黑表面吸附酸碱的能力。表2分散剂的结构名称类型结构J-68阴离子型聚合物�CH-CH2χm�CCOOHHCH2χn�CCOOC2H5CH3CH2χp(m∶n∶p=6142∶1188∶1)BYK-154两性型聚合物NH4+OOC�CH-CH2χn�CCOOCH2CH2NCH2CH2OHCH2CH2OHCH3CH2χmn∶m=1～2S-27000非离子型表面活性剂O�CH2CH2Oχ11～12H2.3分散液的制备将一定量的分散剂溶于30ml去离子水中,搅拌均匀后加入炭黑,继续搅拌至炭黑表面完全润湿,再加入直径为5mm左右的二氧化锆球,置于QM-1型行星式球磨机(南京大学仪器厂)中,在175转/分钟转速下研磨20小时,测定其...
