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色漆生產(chǎn)工藝,涂料色漿的性能平衡

發(fā)布時(shí)間:2020-03-16 13:27:34 點(diǎn)擊率:

      經(jīng)過高速攪拌研磨,再分散終達(dá)到設(shè)定定要求的色漿運(yùn)用調(diào)漆工序后,依操作程序,需要補(bǔ)加規(guī)定數(shù)量的色漿、溶劑及助劑,以便制得的色漆成品各組分的配比完全符合標(biāo)準(zhǔn)配方的規(guī)定,并且有合適的粘度,一定的固體含量和良好的穩(wěn)定性。調(diào)漆階段的工作內(nèi)容包括調(diào)整顏色、平衡配方以及通過合適的加料或者減料方法對(duì)色漿進(jìn)行長期穩(wěn)定化處理,包括色漿存儲(chǔ)穩(wěn)定性,調(diào)漆后的穩(wěn)定性等。

      實(shí)質(zhì)是對(duì)研磨漆漿進(jìn)行穩(wěn)定化處理的概念,容易被忽略有時(shí)會(huì)出現(xiàn)依配方量將需要補(bǔ)加的物料加入研磨漆漿后,不僅不能獲得更加穩(wěn)定的色漆產(chǎn)品,反而導(dǎo)致了質(zhì)量嚴(yán)重下降,甚至完全毀壞(如膠凝析出)的現(xiàn)象。

問題的根源是由于色漿中的漆料和調(diào)漆用漆料,組成的差異造成的。也就是說,兩種相差較大的漆料突然間密切接觸時(shí),容易出現(xiàn)“膠體沖突”現(xiàn)象,故而給調(diào)漆操作帶來難度。漆料的不相似性不僅表現(xiàn)在組成方面的差異,同時(shí)也包括漆料粘度、表面張力、溫度、漆料膠束形成和其它性能方面的差異。

色漆制造的根本目的是獲得以顏料為分散相(不連續(xù)相),以漆料為連續(xù)相的穩(wěn)定化的膠態(tài)分散體系,這就意味著,不僅顏料要呈良好的分散狀態(tài),而且漆料也要形成良好的分散體系,雖然某種程度的不均勻是允許的,甚至有時(shí)人為地使色漆產(chǎn)品呈現(xiàn)輕微的不均勻性,以獲得某些希望的性能(如令顏料呈微絮狀態(tài),有助于降低硬性沉淀現(xiàn)象)。然而不可控制的不均勻性將嚴(yán)重導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降,甚至?xí)斐刹豢赏旎氐慕?jīng)濟(jì)損失。因此深入研究導(dǎo)致漆漿不穩(wěn)定的問題,采取行之有效的避免措施,將研究漆漿中漆料和調(diào)漆漆料兩者間的不相似性,由不利因素轉(zhuǎn)化成有利因素是十分重要的研究課題。

(一)穩(wěn)定性不良

1、樹脂析出(樹脂沉淀)

涂料用合成樹脂對(duì)溶解它的有機(jī)溶劑都有其一定的容忍度,樹脂溶液(即漆料)的固體含量在允許范圍內(nèi),樹脂可以溶解,低于此范圍樹脂便會(huì)從溶液中析出(即沉淀出來)。

在調(diào)漆過程中出現(xiàn)的樹脂析出問題,是由調(diào)漆操作技術(shù)不當(dāng)而造成的。

如一種醇酸磁漆用三輥機(jī)研磨分散的加工,該產(chǎn)品的研磨漆漿中的漆料是固體含量為67%的醇酸樹脂溶液。該樹脂在200號(hào)油漆溶劑油中的稀釋極限是固體分不低于27%,由于所制得醇酸磁漆中相應(yīng)的醇酸樹脂漆料的固體含量為45%,這種色漆產(chǎn)品的組成應(yīng)當(dāng)是在樹脂呈良好溶解狀態(tài)的安全范圍內(nèi)。但是若是調(diào)漆階段,穩(wěn)定化處理的方法不得當(dāng),也有可能導(dǎo)致局部區(qū)域樹脂的固體含量范圍低于27%,而使樹脂析出,體系的穩(wěn)定性破壞。

為了說明問題,我們假設(shè)將含顏料的研磨漆漿緩緩加到裝有溶劑的攪拌罐中。在開始調(diào)稀時(shí),罐中溶劑的樹脂含量為零,隨著研磨漆漿的加入,稀釋溶劑中的樹脂含量增加,樹脂含量在0~27%的范圍內(nèi)發(fā)生沉淀。在這里,任何強(qiáng)有力攪拌只會(huì)加速沉淀的產(chǎn)生,樹脂含量高于27%,過程向反方向進(jìn)行,樹脂溶解而不會(huì)沉淀,樹脂又重新溶解,漆料達(dá)到45%的固體含量。盡管如此,由于在此過程中,樹脂的暫時(shí)析出,會(huì)使原來已經(jīng)包覆有樹脂膜的顏料粒子間的空間位阻降低,彼此接近,聚集在一起而發(fā)生不可逆的顏料絮凝,使分散體系的穩(wěn)定性破壞。

以上僅僅是一種假設(shè),通常的操作不會(huì)將研磨漆漿加入溶劑中,也不會(huì)將含有顏料的研磨漆漿加入溶劑含量較高的漆料之中。正確的操作恰恰相反,是將溶劑或溶劑含量較高的漆料在攪拌情況下,緩緩加入含有顏料的研磨漆漿之中。即使是這樣如果調(diào)漆操作不當(dāng),例如,在未開動(dòng)攪拌的情況下,向研磨漆漿中加入溶劑,盡管體系攪拌均勻后,所加入的溶劑不會(huì)導(dǎo)致研磨漆漿中漆料的固體含量降低到其容忍度下限以下,但是局部區(qū)域的漆料被大量溶劑沖稀,也有可能造成其固體含量低于容忍度下限,這時(shí),該區(qū)域的樹脂完全有可能析出,而導(dǎo)致顏料絮凝,分散體系破壞等一系列不良現(xiàn)象的發(fā)生。

這種現(xiàn)象就是我們所講的樹脂析出或稱作樹脂沉淀。它是分散體系破壞的誘因之一。

2、樹脂剝離(顏料析出)

所謂樹脂剝離是指已分散好的研磨漆漿中,包裹在顏料表面的樹脂被溶劑迅速溶解,而脫離顏料表面進(jìn)入溶液之中的現(xiàn)象。

當(dāng)大量的溶劑或溶劑含量較高的調(diào)漆漆料,加入少量樹脂固體含量較高的研磨漆漿中,如三輥機(jī)研磨漆漿中。當(dāng)樹脂濃度不平衡的兩相相接觸時(shí),體系就有自動(dòng)趨于平衡的趨勢,小分子量的溶劑迅速移向樹脂濃度高的顏料粒子包覆膜周圍,進(jìn)而將原來均勻包覆在顏料粒子表面的樹脂溶解并進(jìn)入溶液中,即相當(dāng)于將樹脂從顏料粒子表面剝離,這種剝離現(xiàn)象發(fā)生的結(jié)果,使包覆顏料粒子的樹脂膜由厚變薄,而導(dǎo)致空間位阻下降,使顏料粒子重新接近,并可能聚集成大顆粒,削弱甚至破壞了顏料分散體系的穩(wěn)定性。

由上所述,不難看出,樹脂剝離和樹脂析出現(xiàn)象的本質(zhì)是一樣的,僅僅是二者的程度不同而已。

3、溶劑遷移(溶劑擴(kuò)散)

當(dāng)一種樹脂固體含量較高的漆料加入溶劑含量較高的研磨漆漿,如砂磨機(jī)或球磨機(jī)的研磨漆漿中,立即會(huì)發(fā)生相互遷移和擴(kuò)散作用,兩種不同濃度的漆料有自動(dòng)趨于平衡,成為單一均勻漆料的趨勢。盡管在此過程中,樹脂和溶劑這兩種組分均參與相互遷移和擴(kuò)散過程。但是穿過界面轉(zhuǎn)移的主體幾乎完全是更易運(yùn)動(dòng)的溶劑組分,并繼而使兩相混合均勻。因此,應(yīng)當(dāng)把這種調(diào)漆過程看作是,溶劑從含溶劑量較高的漆漿迅速遷移到含溶劑較少的漆料中,這種溶劑遷移的控制是否得當(dāng),是對(duì)研磨漆漿進(jìn)行穩(wěn)定化處理是否成功的一個(gè)重要方面。因?yàn)?,類似上述溶劑迅速遷移現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致研磨漆漿中顏料的絮凝,漆液的返粗。

我們應(yīng)當(dāng)清醒地認(rèn)識(shí)到,這種溶劑的遷移作用不一定包括顏料的遷移。事實(shí)上,顏料往往會(huì)集留在原來的研磨漆漿體系中,并隨著溶劑遷移到調(diào)漆漆料去的同時(shí),體積不斷縮小。結(jié)果,集留的顏料粒子在漆漿收縮過程中被擠壓得越來越密集,直至相互接觸并聚結(jié)在起,這就會(huì)造成調(diào)漆過程中遇到的返粗現(xiàn)象。

Garrison的研究表明同系列的兩種溶劑,其分子量較大的溶劑擴(kuò)散速度較慢,也即因溶劑遷移造成顏料絮凝的可能較小。在所有同系列溶劑中,擴(kuò)散速率大體上與溶劑分子量M的平方成反比。

設(shè)想兩種異鏈烷烴溶劑,

一種是溶劑E(M=120,η=0.00085Pa·s,r=20×mN/m,沸程為116~141℃)。

一種是溶劑L(M=165,7=0.00154Pa·s,r=23×mN/m,沸程為189~208℃)。

由擴(kuò)散速率與分子量的平方呈反比的關(guān)系可知,溶劑E的擴(kuò)散速率約為溶劑L的兩倍(1652/1202=1.9)。由此便知以低分子量的溶劑配制的溶劑含較高的砂磨漆漿,比用高分子溶劑造成調(diào)漆時(shí)溶劑遷移現(xiàn)象的潛伏危險(xiǎn)性要大得多。在這種情況下,采用高分子量的溶劑(高沸點(diǎn)溶劑)制備研磨漆漿可將調(diào)漆階段顏料絮凝的可能降低到。也即應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用沸點(diǎn)較高及沸程較窄的溶劑來制備研磨漆漿。

4、樹脂聚集

前面我們討論了由于調(diào)漆時(shí)加入溶劑,如果使樹脂的固體含量低于其稀釋容忍度的低限,樹脂便會(huì)析出,并導(dǎo)致研磨漆漿分散體系破壞的現(xiàn)象。這里要討論的是兩種固體含量、溫度、粘度、表面張力等相差比較懸殊的漆料,在一起混合時(shí),如何提高膠態(tài)分散體系穩(wěn)定性的問題。

用于涂料的樹脂皆為高分子化合物,它們?cè)谌芤褐腥芙鈺r(shí)一般呈膠束狀分散。盡管這些膠束是我們目測觀察往往很難發(fā)現(xiàn)的,但是它們確實(shí)是以微小的實(shí)體存在著。因此,在色漆生產(chǎn)過程中,漆液中實(shí)際存在著兩種分散體,即可見的顏料分散體,和較不明顯的樹脂膠束的膠態(tài)分散體。

在有效的攪拌下,樹脂的膠束通常再分成細(xì)小狀,當(dāng)攪拌停止后,它們又會(huì)逐漸恢復(fù)原狀。將一種低溫的高粘度的漆料和一種低粘度的漆料相混合,如果攪拌能力不足的話,會(huì)導(dǎo)致聚集狀的樹脂很難完全分散,也即在樹脂溶液中以分散狀態(tài)不良的粗粒狀凝膠狀態(tài)存在,因此,即使在調(diào)漆過程中顏料分散體系十分良好的,因樹脂本身的膠態(tài)分散體系不良,也會(huì)使漆液質(zhì)量下降。

故而,警惕導(dǎo)致樹脂聚集現(xiàn)象的產(chǎn)生,也是漆漿穩(wěn)定化處理時(shí)的一個(gè)十分重要的問題

(二)穩(wěn)定化處理的措施

(1)將研磨漆漿首先加入調(diào)漆罐中并在自始至終的有效攪拌下,均勻而緩慢地逐步加入需要補(bǔ)加的涂料、溶劑、助劑等組分是十分重要的。這樣可以避免混合不均及加入的組分因局部增量太大,而導(dǎo)致組分懸殊所造成的各種穩(wěn)定性破壞的現(xiàn)象。如溶劑或低樹脂含量的漆料加入高樹脂含量的研磨漆漿中,導(dǎo)致樹脂析出或樹脂剝離,或高樹脂含量的漆料加入低樹脂含量的漆漿中,引起溶劑遷移,以及高粘度漆料加入低粘度漆料中,導(dǎo)致的樹脂聚集現(xiàn)象。

(2)應(yīng)遵循先補(bǔ)加調(diào)漆用漆料后,再補(bǔ)加入調(diào)稀用溶劑的加料順序。如果需要補(bǔ)加兩種漆料時(shí),需區(qū)別情況,采取不同的加料順序。即對(duì)于三輥機(jī)研磨分散漆漿(漆漿中系高樹脂含量的漆料),應(yīng)先加入較高樹脂含量的漆料,再加入較低樹脂含量的漆料,以避免樹脂剝離現(xiàn)象。相反,對(duì)于砂磨機(jī)、球磨機(jī)的研磨漆漿(漆漿中系低樹脂含量的漆料),應(yīng)先加入較低樹脂含量的漆料,再加入較高樹脂含量的漆料,以避免溶劑遷移或樹脂聚集。

(3)向研磨漆漿中補(bǔ)加完漆料后,再小心加入調(diào)稀用的溶劑,切忌向研磨漆漿中直接加入溶劑(因這樣會(huì)引起樹脂剝離,或樹脂析出的潛伏性危險(xiǎn)比較大)。

另一種可以考慮的方法是,先將溶劑在有效的攪拌下,均勻緩慢地加入調(diào)漆用高樹脂含量漆料中,初步滿足溶劑對(duì)漆料的需求后,再將該樹脂溶液,以上述程序加入研磨漆漿中,這樣也可降低因溶劑的加入使研磨漆漿中原已包覆在顏料粒子表面的樹脂剝離的趨勢。

(4)當(dāng)構(gòu)成研磨漆漿的是低樹脂含量的漆料時(shí)(如砂磨機(jī)研磨漆漿或臥式球磨機(jī)研磨漆漿),向其中補(bǔ)加高樹脂含量漆料時(shí),為防止因溶劑遷移而導(dǎo)致的分散體系穩(wěn)定性降低,采取在有效攪拌下,緩慢而均勻地補(bǔ)加漆料的操作方法是有效的。

但是,為了安全起見,我們也需注意有意地適當(dāng)提高研磨漆漿中漆料的樹脂含量,以縮小研磨漆漿中漆料及調(diào)漆漆料在組成上的差別。

(5)在同系溶劑中,其擴(kuò)散速度大體上與溶劑分子量的平方成正比,故而,以低分子量(低沸點(diǎn))的溶劑配制的高溶劑含量的砂磨機(jī)研磨漆漿或球磨機(jī)研磨漆漿,比用高分子量(高沸點(diǎn))的溶劑制備的研磨漆漿造成調(diào)漆時(shí)溶劑遷移現(xiàn)象的潛伏危險(xiǎn)要大得多。

因此,通常在使用兩種或兩種以上溶劑時(shí),盡量在研磨漆漿中使用高沸點(diǎn)溶劑,一方面可緩解調(diào)漆時(shí)的溶劑遷移現(xiàn)象,另一方面也可以減少研磨分散階段的溶劑揮發(fā)損失,并減少環(huán)境污染。

(6)盡量避免將溫度和粘度相差很大的調(diào)漆漆料和研磨漆漿直接混合,如將一種溫度低而粘度又較高的漆料直接加入低樹脂含量漆料組成的硏磨漆漿中(砂磨機(jī)硏磨漆漿或球磨機(jī)研磨漆漿),往往會(huì)產(chǎn)生樹脂聚集或溶劑擴(kuò)散現(xiàn)象,造成膠態(tài)分散不良或顏料分散不良等問題。有效的方法是漆料在加入研磨漆漿前,需做粘度及溫度的調(diào)整。

(7)當(dāng)用于調(diào)制復(fù)色漆的調(diào)色漿經(jīng)貯存后粘稠度太大時(shí),應(yīng)先用攪拌將其強(qiáng)力攪拌均勻并破壞其觸變性,如果必要的話尚需加入部分漆料將其調(diào)稀。然后再加入漆漿中調(diào)整顏色,這樣不僅利于漆漿穩(wěn)定化,同時(shí)可保證顏色均勻。

(8)調(diào)漆時(shí)要準(zhǔn)確計(jì)量各種物料的加料數(shù)量并做好復(fù)核及記錄,以免因加料量的誤差導(dǎo)致上述不希望發(fā)生的情況出現(xiàn)。

(三)配方平衡

如前所述,無論采取哪種研磨制漿方式,在色漆生產(chǎn)過程中,總是在擬定工藝配方時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)配方規(guī)定加入的原料分成“研磨漆漿加料”及“調(diào)色制漆加料”兩部分。但是終必須保證每批產(chǎn)品加入原料的種類及其數(shù)量完全符合標(biāo)準(zhǔn)配方的規(guī)定。在色漆生產(chǎn)中,將在制漆階段進(jìn)行加料量的終調(diào)整。使每批產(chǎn)品的加料量符合標(biāo)準(zhǔn)配方規(guī)定的比例(或工藝配方規(guī)定的總量)的過程稱作配方平衡。

通常,為達(dá)到配方平衡,在調(diào)漆加料階段,需進(jìn)行以下方面的工作。

(1)依據(jù)調(diào)色制漆加料配方的規(guī)定、數(shù)量和符合漆漿穩(wěn)定化要求的加料方式,將調(diào)漆時(shí)需要補(bǔ)加的物料逐項(xiàng)加入研磨漆漿中。

(2)在進(jìn)行上述項(xiàng)加料時(shí),應(yīng)考慮研磨制漿階段加料量的變化,而在制漆加料階段予以調(diào)整。例如,在用砂磨機(jī)進(jìn)行研磨分散時(shí),當(dāng)需要更換花色時(shí),往往需要用一部分漆料經(jīng)供漿泵輸入砂磨機(jī)筒體,把筒體內(nèi)殘存的漆漿(A)置換干凈。這些漆料俗稱“沖磨料”。在進(jìn)行下一個(gè)花色分散時(shí),又會(huì)被注入的研磨漆漿(B)頂出,合并入漆漿(A)中。因此,在用漆漿(A)調(diào)色制漆時(shí),就需在補(bǔ)加的調(diào)漆漆料中,將這部分沖磨料的數(shù)量,從調(diào)色制漆加料配方中減掉。當(dāng)然,還有其它原因會(huì)導(dǎo)致類似的加料量調(diào)整情況,操作起來,皆同此例,并不困難。

(3)在生產(chǎn)彩色漆時(shí),由于依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)顏色的需要,加入的調(diào)色漆漿量往往與調(diào)色制漆配方規(guī)定的數(shù)量不完全相同(可能是因?yàn)槊颗伭系念伾?、著色力的差別;也可能是配料預(yù)混合階段顏料加量的微弱誤差所致),而多加入一部分調(diào)色漆漿。大家知道,出于調(diào)色制漆時(shí)盡量減少調(diào)色漿加料的考慮,調(diào)色漿的顏料含量總是比較高的,這些調(diào)色漿超量部分,要想調(diào)整顏基比,就要補(bǔ)加相應(yīng)的漆料;而補(bǔ)加相應(yīng)的漆料后,又需視漆料量,補(bǔ)加相應(yīng)的催干劑或交聯(lián)樹脂等(如醇酸樹脂漆需補(bǔ)加催干劑,氨基樹脂漆需補(bǔ)加氨基樹脂)。

無疑,這種調(diào)整是配方平衡及穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量所必須的,也可以想象,在實(shí)際生產(chǎn)中這種平衡配方的計(jì)算是比較復(fù)雜的。尤其是考慮到許多色漆產(chǎn)品配方中的顏基比是彼此不同的,如果我們?cè)趯?duì)超量的調(diào)色漿進(jìn)行顏基比調(diào)整,計(jì)算需補(bǔ)加的漆料量時(shí)要將其調(diào)整到生產(chǎn)中色漆的顏基比時(shí),簡直是難以做到。我們對(duì)每一種超量調(diào)色漿進(jìn)行補(bǔ)加漆料量計(jì)算(以及與其相關(guān)連的催干劑及交聯(lián)劑等的計(jì)算)時(shí),不是將其顏基比調(diào)整到符合正在生產(chǎn)的色漆產(chǎn)品的顏基比,而是調(diào)整到與其顏色相同的色漆產(chǎn)品的顏基比。

例如:在生產(chǎn)醇酸樹脂漆時(shí),若加入的黃色調(diào)色漿超量的話,那么對(duì)這部分黃色調(diào)色漿進(jìn)行補(bǔ)加漆料計(jì)算時(shí),是將其調(diào)整成黃色醇酸磁漆的顏基比。這樣,無論調(diào)整什么顏色的醇酸磁漆,也不管其顏基比如何,只要是黃色調(diào)色漿超量,我們調(diào)整顏基比需加入的漆料量是固定的。自然,因這部分漆料量的加入需補(bǔ)加的其它組分的量也是固定的。問題就簡化了,但卻不失科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)。因?yàn)檫@種選擇是基于一種假設(shè),即假設(shè)對(duì)被生產(chǎn)的色漆產(chǎn)品進(jìn)行顏色調(diào)整,不是用的調(diào)色漿,而是使用的同類型的磁漆進(jìn)行顏色調(diào)整—一用同類型的磁漆互相混合,以配制其它顏色的磁漆(如黃醇酸磁漆和藍(lán)醇酸磁漆配制綠醇酸磁漆)當(dāng)顏色合格后是不再需要進(jìn)行組分調(diào)整的。

以上所述,是我們進(jìn)行配方平衡時(shí)需要牢記的原則,在這個(gè)原則下,各種調(diào)色漆漿的超量,需要補(bǔ)加的漆料及其它原料的種類和數(shù)量皆可預(yù)先計(jì)算出來并列成表格,操作者只需簡單查表即可決定加料數(shù)量,

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