改善颜料的分散性是水性油墨和涂料性能的一个重要方面。分散的要素是颜料团聚体的润湿，团聚体分离成离散的初级颗粒，并在实现颗粒分离后保持颗粒分离。通常，分散配方可以具有足够的色素润湿性，但不能长期稳定(维持颗粒分离)。这就产生了诸如凝胶、失色、光泽或透明度(或不透明颜料的不透明度)等问题。获得良好的颜料润湿性/加工性的关键是利用具有对颗粒表面具有亲和力的化学基团的聚合物。这增强了聚合物对颜料的润湿性。此外，还可以对聚合物结构进行设计，以获得足够的空间稳定性;这通过保持粒子分离提供了良好的长期分散稳定性。
疏水性指数
由于苯乙烯-马来酸酐共聚物酯(SMA®酯)已成功用于水性和溶剂性颜料分散体，因此试图进一步了解为什么这些材料工作得如此好。这些SMA酯是聚合表面活性剂，它们既含有亲水酸酐、酸和酯基团，也含有疏水苯乙烯和酯链基团(R)，如图1所示。为了进一步量化分子内亲水性基团和疏水性基团之间的平衡，定义疏水性指数为:疏水性基团的总分子量/ SMA酯的总分子量。
为了测试这些酯类，再次用相同的红色、蓝色和黄色颜料进行分散。此外，还对SMA酯溶液的发泡和消泡性能进行了测试。最后测定了酯类化合物的挥发性有机化合物含量。
实验
原材料分散配方成分:
- Lithol Rubine颜料= LR 1392 - Magruder颜色公司
- 酞蓝颜料= BW 1531 -太平洋海岸企业
- 二芳内酯黄色素=汽巴黄BAT -汽巴盖基
- 消泡剂= Byk 022 - Byk Chemie
- SMA酯树脂= Sartomer Company, Inc
- 解决丙烯酸树脂- Joncryl 63 -巴斯夫公司
- 放下丙烯酸乳液= ECO 2177 -巴斯夫公司
发泡/消泡测试
SMA酯溶液的发泡特性很重要，因为如果在高剪切分散过程中产生过多的泡沫，将降低分散剂润湿颜料凝聚体的效率，从而导致较低的显色率。此外，如果过多的空气被夹带，那么分散体的流变性将难以处理在放下阶段。为了测试发泡/脱泡特性，每种分散剂溶液的固体含量相等，每种溶液的125 mL被放入有刻度的圆筒中并塞上软木塞。然后每个圆柱体旋转10次。一旦旋转停止，每个圆柱体被放置在一个平面上，记录初始体积，并启动计时器。然后分别在30秒、60秒和300秒检查泡沫水平。每种溶液的泡沫高度值在混合后随时间变化(图2)。在125 mL时为零泡沫，即液位。请注意，零秒时初始泡沫水平很高，商用SMA酯A和b都有持续泡沫。然而，每种新酯的初始泡沫水平都低得多，泡沫破碎得更快。
VOC测试
由于许多涂料和油墨配方都关心其成分的VOC，每一种SMA酯的VOC都是通过将每一种SMA酯放入一个铝锅中，在110℃下加热一小时，然后重新称量锅以确定重量损失。表3将四种新酯的值与SMA酯A和B的值进行了比较。可以看出，新酯NTX 7639的VOC比酯A低，但比酯B略高。分散过程
对新的SMA酯与SMA酯A和SMA酯b进行了对比评价。酞蓝和石蜡rubine分散体在相当稳定的颜料负载下制成:酞蓝为38.75%，石蜡rubine为37%。主要感兴趣的性质是色散和油墨粘度，颜色发展，颜色密度和下降外观的莱内塔图表。所有的SMA酯都用于制备酞蓝和石蜡rubine分散体。从中筛选出性能最好的酯类，并进一步用于二芳内酯黄分散体的制备。使用SMA酯作为唯一的分散树脂进行分散。配方以4.75/1的色胶比制备。掺入方法包括将液体成分倒入搅拌机中，搅拌20秒使其均质。接下来，把颜料分成三等份加入。在加入下一部分之前，将每一部分混合并浸湿。混合所有颜料后，混合物(称为预混料)混合10分钟，开始颜料分离过程。
一旦成分被预混，配方被引入Eiger Mini-100水平介质磨。该磨含有约75克0.8毫米YTZ介质，并以5000转/分钟的速度运行以处理样品。每个样品研磨10分钟。额外的28克水从磨坊介质贡献到每个配方，使总批量大小为400克;每个配方下面所示的颜料和树脂的百分比对应400克批量大小。
对于酞蓝，SMA酯A分散体太厚而无法研磨，因此在这个样品上，没有做进一步的处理。对于含有SMA酯B和SMA酯A的二芳酯黄的配方也是如此。
在样品上所做功的量可以从加工过程中在轧机上所经历的安培拉力来确定。此外，样品温度的升高进一步证实了在分散过程中产生了高剪切力。产生的高剪切力通常会导致更好的分散和更高的颜色发展。
分散的准备工作
酞蓝和石蜡rubine分散体的配方分别示于表4和表5。
色彩强度测试与计算
评估颜色强度的目的是确定铣削过程中产生的颜色量。色度强度是通过以下方式确定的:每种配方与其他相同颜色的配方在Leneta 3NT-4纸上绘制。着色配方组成为50.00 g Sherwin Williams Extra White tint Base和0.50 g分散液，在Hauschild离心混合器上以1800转/分的速度混合1分钟。然后通过指定一种配方作为标准来评估色调强度。其他样品的颜色强度偏差百分比与此标准进行计算。使用密度计(X-Rite 418)测量拉降光密度。
通过以下方法测量样品的光密度并将其转换为反射率值:
R = 10的外径。
使用Kubelka-Munk方程比较标准和样品的反射率值。
色彩强度结果
酞蓝色散色强度和粘度见表7，平石rubine色散色强度和粘度见表8。对于二芳内酯黄分散体，任何分散体的色调强度都没有差异(在分散过程中，所有分散体的颜色强度都是相同的——这并不罕见，因为二芳内酯黄颜料更软，而且相当容易加工)。
在这里，大量的颜色显影是由NTX 7638产生的;然而，它的分散粘度过高(且无法测量)。
然而，人们可以用少25%(或27.75%)的颜料来分散，并在理论上产生等效的颜色。这可以在节省成本和产品稳定性方面提供巨大的优势。假设颜色的发展是由于颜料和NTX 7638之间的某种相互作用因素，而不仅仅是由于剪切，这种好处将是显而易见的。这应该在后续实验中进行研究。
SMA酯B具有最大的显色性和几乎最低的分散粘度(SMA酯A的粘度略低，但显色强度低13%)。与SMA酯b相比，其他聚合物的粘度更高，显色强度更低。NTX 7634和NTX 7637分散体一夜凝胶化;SMA酯B和SMA酯A的粘度在一夜之间增加了一倍(但粘度仍然很低);NTX 7636在老化后保持较低的初始粘度(但与SMA Ester B和SMA Ester A相比，其显色强度较低)。
初始和老化分散粘度结果
酞蓝分散体的初始粘度和老化粘度分别如图3和4所示。
时效72小时后，NTX 7634和NTX 7637分散体凝胶化过多，无法测量;两个对照和NTX 7643的粘度增加了一倍。然而，含有NTX 7636的分散体粘度增益较小。
油墨下放程序和测试
然后将17.5 g分散液与32.5 g石膏液混合制备柔性印刷油墨。这种油墨的颜料含量为12.95%(石蜡rubine和二芳内酯黄)和13.56%(酞蓝)。石料车的组成为:ECO 2177 - 68.42%;Joncryl 63 - 26.32%;水- 5.26%。
使用Pamarco手动校对器，配备了容量为28亿厘米的550线陶瓷激光刻花网纹，将墨水并排打印在Leneta 3nt - 3,7密尔聚酯薄膜和铝箔(Leneta Alu-Card)上，并比较颜色密度、光泽度和透明度。最初，测量了油墨和分散液的Brookfield粘度，并在72小时内重复测量。
含有NTX 7636、NTX 7638和NTX 7643的分散体具有高度的空气夹带，这可能解释了过度的假塑性特征。然而，空气的影响将在60 rpm测量时减轻，即使在这里，这些公式比含有NTX 7639的公式更粘稠。
完成的油墨成分将如表9所示。
油墨粘度
除了含有SMA酯b的配方外，酞蓝样品的油墨制备较为简单。在这种情况下，油墨在制备时表现出一定的触感;因此，油墨的外观和粘度都会受到怀疑。如图8所示，NTX 7638具有最低的粘度和最少的假塑性行为。老化后粘度如图9所示。
如图10所示，lithol rubine油墨表明，SMA酯A和NTX 7643最初产生的总体粘度最低。
油墨颜色密度
酞蓝拉降显示，NTX 7638比其他材料具有最高的色密度。所有的rubine墨水比较在质量与粘度相称(即，较厚的颜色较深)是相似的。唯一看到的异常是SMA酯A -这一个是震惊和冲洗的外观。
对于二芳酰酯黄色油墨，在颜色强度、光泽或透明度上没有差异。
结论
酞青蓝- NTX 7639和NTX 7643的酞蓝分散体的分散粘度最低;使用NTX 7635、NTX 7636和NTX 7638获得了最高的显色效果(没有过多的粘度)。
- 在颜料用量为38.75%时，SMA酯A不能被磨碎。
- SMA酯B在油墨制备过程中引起一定的震动。
- NTX 7638的粘度最低，伪塑性油墨最少。
- NTX 7638的显色率最高，但粘度也过高。
- SMA酯B、SMA酯A和NTX 7636的整体分散粘度最低。
- SMA酯A和SMA酯B均不适合制备37%黄13分散体;其他酯类，NTX 7636、NTX 7638、NTX 7639和NTX 7643都制成了性能相似的可用分散体和油墨。
- NTX 7639具有较低的分散粘度和最小的伪塑性。
- NTX 7636、7638和7643在这个应用程序中产生了大量的夹带空气。NTX 7639没有(或只有极少)空气夹带。
- 注:用二芳酯黄色颜料制作37%的颜料分散体是一个相当激进的立场;大多数市售分散液的颜料含量约为35%。然而，趋势是增加颜料的负荷，和树脂，将允许这将被视为有利的。
- 以NTX为研磨树脂，以Joncryl 63为稀释剂溶液组分制成的油墨具有非常相似的特性:粘度、伪塑性、色彩强度、光泽和透明度。
总的来说，分散剂的疏水性指数是预测分子作为颜料分散剂有效性的重要因素，但酯的类型也很重要。与SMA酯A和B相比，新SMA酯的起泡性较弱，消泡性较好。NTX 7639和7638分别在酞蓝和二芳内酯黄颜料中的分散性能有所提高，但在石蜡红石颜料中的分散性能仍优于SMA酯A和B。这项工作将继续进行，以尝试制造一种更通用的分散剂。最后，由于本研究中使用的颜料主要用于图形艺术应用，因此将对在涂料应用中使用较多的颜料进行额外的分散工作。
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