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运用胶体特性探讨纸用涂料胶粘剂迁移 运用胶体特性探讨纸用涂料胶粘剂迁移 颜进华 (广东轻工职业技术学院轻化系,广州市新港西路152号,510300) 摘要:涂料是由颜料,胶粘剂,添加剂及水组成的胶体系统,涂料胶体体系特性影 响胶粘剂迁移.颜料对涂料胶体特性的作用体现在涂料脱水速率过程中,颜 料的润湿能力,颜料与胶粘剂的相互作用及颜料对液相的吸附能力等对脱水 过程有影响.水溶性胶粘剂和增稠剂是另一个决定涂料胶体特性的成份,体 现在颜料颗粒吸附这些高聚物,使胶体体系变得更加稳定,这种体系只有在 一 定外部压力作用下才会产生胶粒与吸附物的分离.胶乳也是胶体体系的主 要成分,实际上胶乳本身也是一种胶体体系,当胶乳粒子因絮凝效应失稳时 会弱聚结.涂料中胶乳粒子可以看成是分散在颜料胶体体系的网络中.文中 重点举例介绍了多种涂料体系的胶体特性及改善胶粘剂迁移的研究结果. 关键词:胶体纸涂料胶粘剂迁移 涂料是由颜料,胶粘剂,添加剂及水组 成的胶体系统.对涂料胶粘剂迁移的研究主要 集中在生产工艺过程的技术上,如涂料的固含 量,涂布设备及操作压力,干燥条件等.实际 上,涂料胶体体系稳定性也是影响胶粘剂迁移 的重要因素.当体系稳定性增加时,涂料自由 水渗出减少,胶粘剂迁移也相应减少.一般希 望涂料在固着之前水保持大,自由水脱除少, 即保持体系的胶体稳定性.体系中颜料,胶 乳,水溶性胶粘剂及增稠剂是涂料的主要成 份,也是影响胶体体系稳定性的主要因素. 1颜料在涂料胶体体系中的作用 颜料是涂料的主要组成成分,也是影响胶 粘剂迁移的主要因素之一,颜料在胶体体系中 的作用体现在脱水过程中,并可用静电稳定原 理进行说明. 脱水过程中颜料带着胶粘剂迁移.对颜料 脱水的研究有如下的发现.Baumeisteretaln, 报导颜料浆脱水是比表面积平方倒数的函数, Kozeny—Carmen方程也预测粗瓷土浆形成的漏 饼渗透性较高.虽然BET表面积相同,各向异性 高的粒子如英国瓷土比各向异性小的美国瓷土 脱水差.他们还发现涂料失稳不仅降低凝固点 浓度,也增加脱水速度.脱水严重时,胶粘剂 迁移趋于严重.防止胶粘剂迁移的方法之一是 减缓颜料的脱水速度. 关于颜料对脱水的影响研究,Clarketal 表明,用天然胶粘剂(如干酪素,淀粉),瓷 土的涂料,根据他们的测定,影响脱水程度及 速率的因素有: (1)液相对颜料的润湿能力; (2)液相的粘度; (3)胶粘剂与颜料的相互作用,压力下胶 粘剂与颜料结合力(颜料的水合胶体)被破坏 的难易程度; (4)颜料吸附液相的程度,它决定了体系 用于迁移的自由水的多少. 颜料的脱水可用电性稳定性进行解释.瓷 土和碳酸钙是涂料中常用颜料,在添加分散剂 进行颜料分散时,分散剂化学吸附于瓷土粒子 边缘和碳酸钙粒子表面,产生过多的负电荷而 稳定,这种稳定称作静电稳定,用以下公式表 一 36一上海造纸第40卷第2期 达,净势能为正时稳定增加: 公式:v=vR+vA V:相互作用净势能; VR:静电排斥能; VA:吸引能. 吸引能VA有材料依赖性,静电排斥势能 VR则依赖于表面电荷和电解质浓度.除颜料 本身的特性外,其它成分与颜料的相互作用也 很重要.这样在涂料的配制过程中,必需考虑 各自的电性.胶乳带负电,颜料与胶乳粒子间 势能为正值(排斥),非胶乳胶粘剂如淀粉和 蛋白质一般与带负电的粒子相容;各向异性蛋 白质也常配成带负电荷的溶液,如用碱调PHil] 9.0,其它添加剂如保水剂,流变改性剂,润滑 剂,抗水剂等也都配成与负电的颜料胶体粒子 相容的形式,于是,以上所有组分配成的分散 体系净势能为正,体系具有胶体稳定性. 根据胶体稳定原理,Whalen—Shaw研究了 与涂料分散状态的各种改性方法,指出对颜料 分散液有两种不同的方法进行改性:预结构化 和后结构化.前者如锻烧瓷土嘲和化学絮聚瓷土 可改变颜料的分散状态,使涂料结构在物理特 性上发生改变.提高颜料的分散稳定性的方法 是后结构化在涂料配制过程中维持体系净势能 为正的具体运用. 2水溶性胶粘剂和增稠剂的影响 水溶性胶粘剂和增稠剂包括淀粉,聚乙烯 醇,CMC和海藻酸钠等,在涂料中可吸收大量 的自由水,显着增大涂料的水保持,控制水渗 透,是控制胶粘剂迁移的常用物质.它们对胶 体稳定性的贡献体现在颜料颗粒吸附这些高聚 物,当它们带有电荷时,则增加了胶粒问的静 电斥力位能;同时减少了范德华吸力位能;还 由于聚合物的吸附产生了空间斥力位能.这些 作用的结果使胶体体系变得更加稳定.这种体 系只有在一定外部压力作用下才会产生胶粒与 吸附物的分离. 淀粉涂料中,淀粉与颜料的相互作用因 颜料粒度,形状和化学特性不同而不同,形成 的涂料水保持也不一样,在胶粘剂迁移的过程 中结果也不相同.对压力脱水和毛细脱水都有