颜料配比对涂层表面结构和化学组成的影响

在颜料涂料领域，对不同的变量对涂层表面结构和化学组成的影响已经进行了大量的研究，并建立了变量与涂料最终使用性能之间的相互关系。影响颜料型涂料表面涂层结构和化学组成的因素有很多。最重要的有颜料的百分含量、胶黏剂的种类和用量、增稠剂的种类和用量、干燥条件、涂布基质的性质、涂料各组分间的胶体作用、颜料粒子的形状与粒径分布以及压光条件。万客化工在线%e6h6qx!}
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高岭土、碳酸钙和二氧化钛是目前颜料型涂料中最常用的颜料。目前，利用工程或改性高岭土和碳酸钙颜料(包括沉淀碳酸钙)可赋予涂层松厚度和光学性能。一般来说，颜料型涂料中的颜料是不同粒径和形状粒子的混合物。当粒子形状不同时，粒径很难比较。因为颜料粒子形状和粒径分布也会影响涂料的流变性和最终干涂层的结构，因此对涂料结构具有很重要的影响。

本研究主要探索颜料配比对涂层表面结构和表面化学的影响。配制了胶黏剂含量不同的涂料并将其施涂到吸收性能不同的2种基质上。用光泽度和粗糙度来表征涂层的表面形态，并且用XPS(x一射线光电子能谱仪)检测涂层的表面组成。万客化工在线4P*a9?$}!w*Z)r4n A

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涂料系统由高岭土颜料和沉淀碳酸钙(PCC)以及单一胶黏剂羧基苯乙烯一丁二烯丙烯腈胶乳(SBA)组成。万客化工在线z J_]Oc~d

第1种颜料是适于纸张涂布的高岭土(IMERYS公司的AstraplateTM)。用SEM观察得知颜料粒子具有高的长宽比和宽的粒径分布。颜料的物理性能如下：平均粒径0．45pjn(与厂商提供的一样，用沉淀法测得)，长宽比为34，小于2 m的粒子含量为84％ ，小于0．25~xn的粒子含量为31％ ，密度2．6 g／cm。万客化工在线y$wzf"kd

第2种颜料是棱柱形的细PCC(特种矿物公司的PCC Albaglos—STM浆液)。其平均粒径为0．6txm，浆液初始固含量70％，PCC密度为2．71 g／cm。胶乳是成膜性能较好的SBA(OMNOVA Solutions的SBA GenCrylTM9780)。玻璃转化温度18℃，粒径较小，约为120 nm，可控胶凝物固含量75％ ～80％。厂家提供的数据表明，胶乳在pH值6，5时固含量50．O％ ，密度1．02 g／cm。在70％的固含量下分散高岭土，每100份颜料加0．03份的聚丙烯酸钠作为分散剂，分散结束后，按以下比例混合高岭土和碳酸钙：100：0，75：25，50：50，25：75和0：100。所有的混合工序都在室温下进行。配制了2种胶黏剂含量不同的涂料，每100份颜料中分别加人1O份和20份胶乳。用实验室棒式涂布机将涂料施涂到无吸收性的塑料基质上(DuPont公司的MylarTM)和具有吸收性的喷墨打印纸上(Hewlett Pa—chard公司的Brochure Paper)。用Bristow吸收性能检测方法测试该喷墨打印纸的吸水性。喷墨打印纸的孔隙小于50 nm，因此，涂料中的大多数粒子会留在纸张表面，但涂料中的水会借助毛细管作用而渗人纸张。万客化工在线Z7O;l9?j(HMr

在室温下干燥，最终涂布量约为20 g／m。用光泽度和粗糙度来表征涂层的表面形态，用光泽度仪在75。人射角下检测涂层表面的光泽度，检测面积是8 mill×15ram。用光泽度为99．8(用该光泽度仪检测)的经高度抛光的块状玻璃作为标准。所有检测都用3张白纸作为衬底，每种涂层选择3个试样来检测光泽度。为了记录光泽度的所有变化，对每种试样检测6次，即纵、横向各测3次。取平均值作为该涂层的光泽度值。

用机械的尖端为菱形的粗糙度仪(Taylor Hobson Ltd生产的Surtronic Duo)测定粗糙度，尖端有半径为5 m的曲线。检测头施加10 mN的力，检测长度为8 mm。每个试样在3个点上分别测3次，结果取平均值。万客化工在线[%]1g2f7f%cPM)lZ

用于检测涂层表面胶乳组成的XPS技术是多技术表面分析体系的一部分(Leybold公司的MAX200)。检测时，试样长宽为20 mm，用4个螺丝将其固定在试样架上。Mg—k(1253．6eV)在100W的x射线(10kV，10mA)照射下测定，分析箱的压力小于l0Pa。

为防止破坏胶乳中的碳元素信号，首先扫描碳元素，然后对试样和其他元素进行全面检测。除了检测C、0、A1、Si、Ca、Mg、S和Na元素外，还计算了每种元素所产生的峰面积。扫描面积是7 mm×4mm，每种元素扫描50次，结果取平均值。用XPS制造商提供的元素相对横截面积法计算涂层表面组成的原子百分含量。最后，按下式根据面积百分数计算涂层表面胶黏剂的含量：

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其中A、A和Acaco3分别是胶乳、高岭土和碳酸钙的面积百分数。A小A i和A分别是元素Al、si和ca的原子百分含量。从式3看出，胶乳信号不是直接测量的，而是通过与纯的高岭土和碳酸钙层对比，从涂层中减去高岭土和碳酸钙的信号而获得。由于碳信号的不确定性，这个过程是必需的，但最终的计算结果与所检测的碳信号的面积百分数一致。万客化工在线p| T_P6XW-A s

颜料配比对涂层表面结构和化学组成的影响(二)

颜料配比对涂层表面结构和化学组成的影响(三)

颜料配比对涂层表面结构和化学组成的影响(四)

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