如何确定颜料和填料的最佳分散剂用量

配方设计师可以使用多种不同的分散剂化学成分，有些分散剂在水性或非水性体系中分散特定颜料的效果要比其他分散剂好得多，由于完全覆盖颜料或填料表面所需的分散剂用量各不相同，本文将介绍如何优化合适分散剂的用量。这取决于所选用的特定分散剂，以及表面积、表面能、吸收动力学和其他配方特性的变化。完全覆盖主颗粒表面至关重要，因为这将优化颜料的稳定性和性能。

在水性颜料浆中，分散剂的最佳用量比较容易确定，它依赖于当颜料表面完全被覆盖时粘度达到最低这一事实。常用的测试方法如下：

方法A - 所需分散剂的近似测量方法

1、制备颜料浆--颜料含量要足够高，以便在没有分散剂的情况下混合后得到浆状颜料。通常情况下，有机颜料的添加量为30wt.%，无机颜料的添加量为55wt.%。

使用溶解剂（或同类分散剂）的分散时间约为30分钟。

2、添加分散剂和测定粘度 - 将分散剂分次加入搅拌好的颜料浆中，添加和混合后，使用Brookfield粘度计或锥板系统在低剪切速率下测量粘度。

然后加入分散剂，直至粘度达到最小值，由此可观察到两条典型的粘度曲线（图1），曲线1是典型的无机颜料传统润湿剂和分散剂，如聚磷酸盐和聚羧酸。曲线2通常出现在其他类型的聚合物分散剂中。

图1

在颜料浆中加入聚合物分散剂后，粘度会降到最低，不同类型的分散剂会产生不同的曲线，最佳分散剂用量是达到粘度最小值的点。

一般来说，这种实验方法确定的分散剂用量太少。这是因为由于分散过程中添加的分散剂量太少，因此无法达到最佳研磨度。停止分散后立即开始重新聚集，没有足够的分散剂来稳定颜料颗粒，即在停止分散和测量粘度之间会发生变化。如果将操作步骤改为以下方法，就可以证明这一点。

方法B - 确定稳定颜料浆所需的最佳分散剂用量

1、用玻璃球在振荡混合器中分散颜料浆。

2、加入分散剂，直至达到最低粘度，继续分散约10分钟。在许多情况下，粘度会再次上升，因此需要向浆料中添加更多的分散剂，该过程一直持续到粘度明显降低为止。

对于聚合物分散剂而言，粘度降低曲线如图2所示。
 

图 2

当分散剂不足时，在去除剪切力后会立即开始团聚，使用方法B（而不是方法A）将有助于您确定所需的正确分散剂添加量。

每次添加分散剂后，粘度值都会降至最低，但分散时间延长后，粘度值又会回升，可逐步降低粘度，直至观察到粘度不再增加。通过此方法获得的分散剂用量并不代表所获得的粒度、防止再聚集的稳定性以及颜料表面吸附分散剂的稳定性。

测试分散体的质量

有许多测试方法可用于确定分散体质量的不同方面。在下面的方法中，我们将介绍如何制备待测试的分散体：

1、确定分散剂需求量，按照上述方法B计算所需分散剂的准确用量。

2、制备颜料浆，使用正确量的分散剂制备颜料浆。此外在配制色浆时，分散剂的用量要比最佳用量少10%和多10%，这有助于证实最佳用量是根据方法B确定的。

分散在摇动混合器或砂磨机上进行，比较样品时应始终使用相同的设备和步骤。颜料膏与玻璃球的比例=1:1.5。分散时间=40-60 分钟。加入较高浓度的持久性消泡剂（0.5-1.0%），可确保气泡不会干扰后续测量。（表1）列出了浆料成分，注意某些类型的分散剂可能需要调整PH值。

表1. 为随后的分散质量测试而配制的颜料浆的成分。

研磨后，用制备好的锡膏对透明漆进行着色，然后涂在干净的玻璃板上，颜料与粘合剂固体的比例如下：

• 无机颜料 = 20-30%。

• 有机颜料 = 10-15%。

• 炭黑 = 5-10%。

3、分散体的评估，（表2）中的下列测试方法可用于确定和比较分散剂和分散体的质量。

表2. 确定颜料或填料分散体质量的测试方法。

分散质量如何影响擦拭和透明度的示例如（图3）所示。

图3.分散剂类型、上样量和分散方案对擦拭测试和透明度测量有巨大影响