1、新型醇基鑄造涂料復合分散懸浮劑的研究馮勝山 朱松林（湖北省機電研究設計院 武漢430070）摘要： 本文介紹了新型醇基鑄造涂料復合分散懸浮劑的主要性能特點，對比研究了它的懸浮效果，論述了它的作用機理。結果表明：新型醇基復合分散懸浮劑的耐火度高，抗裂性好，懸浮能力與有機膨潤土相當；生產的醇基涂料懸浮率和抗裂性均達到了國際著名品牌涂料水平；靜電分散穩定機理、空間位阻分散穩定機理和增粘機理的共同作用是其分散懸浮效果優良的主要原因。關鍵詞：鑄造；醇基；涂料；分散；懸浮；機理中圖分類號：TG221Research on the New Disperse-suspending Agent of Alcoh

2、ol-based Cast-coatingFeng Shengshan Zhu Songlin (Hubei Research & Design Institute of Mechanical & Electronic Engineering Wuhan 430070)Abstract The main technological properties of a new disperse-suspending agent of alcohol-based cast-coating are introduced in this paper. Its suspension effe

3、ct is studied by comparing. Its mechanism is analyzed. The results show that refractory temperature of the new disperse-suspending agent is higher, the ability of preventing crack is powerful, its suspending stability is equivalent to organized bentonite,s, the abilities of suspending and preventing

4、 crack of alcohol-based cast-coating with the disperse-suspending agent are equivalent to the abilities of international distinguished coatings, the co-action of disperse-suspending mechanisms of electrostatics and space is the main cause. Key words foundry alcohol-based casting disperse suspend mec

5、hanism 醇基鑄造涂料具有干燥快、生產效率高、適用范圍廣等特點，在我國鑄造生產中已得到廣泛應用。但是，目前國產的醇基涂料存在的問題較多，主要表現為分散懸浮穩定性差，涂料在長期存放和運輸過程中易產生沉淀；其次是流變性，特別是流平性差，涂層刷痕嚴重，影響鑄件的表面質量。醇基涂料主要由耐火骨料、溶劑、分散懸浮劑、粘結劑等組成。良好的分散懸浮劑不僅能有效地保證涂料各組分的分散均勻性和涂料的懸浮效果，而且還能改善涂料的涂刷性，有利于施涂，提高涂層和鑄件的表面質量。鈉基膨潤土是一種傳統的醇基涂料懸浮劑，但它在醇溶液中溶脹性不好，分散懸浮效果差。采用季胺鹽處理的有機膨潤土是一種較好的醇基涂料分散懸浮劑，

6、但它需用有毒的二甲苯引發，而且價格昂貴，另外發氣量很大。采用鋰鹽與鈣基膨潤土進行陽離子交換處理制得的鋰基膨潤土在醇溶液中具有較好的分散懸浮性，但鋰基膨潤土吸水溶脹后，在醇溶液中穩定性較差，由于膠粒易脫水而使醇基涂料失去懸浮作用，致使涂料中耐火骨料下沉結塊，形成“死沉淀”，特別是在長期貯存或長途運輸過程中，更為嚴重。此外，膨潤土的耐火度低，熱收縮率高，涂層抗裂性差。因此，開發新型質優價廉的醇基涂料分散懸浮穩定劑勢在必行。我們采用一種特殊硅酸鋁質粘土為基礎材料，應用膠體化學的靜電位阻分散穩定理論，以特殊復合電解質和高分子聚合物作為分散劑，并輔已多種附加物對其進行綜合改性處理，開發出一種新型醇基復合

7、分散懸浮劑，用于生產醇基系列涂料，取得了顯著效果。這種新型醇基涂料復合分散懸浮劑已于1998年獲得國家發明專利1。1 新型醇基復合分散浮穩定懸劑的性能特點新型醇基復合分散懸浮穩定劑的基礎材料呈灰白色粘土狀，其主要組成物是一種由二八面體云母與二八面體蒙脫石組成的規則間層礦物，主要成分為SiO2和Al2O3，質松軟，有滑感，真密度為2.87g/cm3，遇水膨脹，在水中可解離成超細顆粒，平均粒徑為820nm，比表面積為246m2/g，PH值為3.96，具有良好的膠體性質，在偏光顯微鏡和掃描電子顯微鏡下主要呈纖維狀和鱗片狀，在透射電子顯微鏡下大部分呈不規則片狀和折疊條帶狀。經特殊復合電解質和高分子聚合

8、物及多種其它附加物綜合改性制得的新型醇基復合分散懸浮劑既具有良好的親水性，也具有一定的親油性。表1列出了新型分散懸浮劑中復合電解質分散劑加入量對醇基鎂砂粉復合涂料懸浮性能的影響。表2列出了它與其它幾種常用懸浮劑在工業乙醇中的膨脹值（2g懸浮劑先經一定數量的溶劑引發，再加濃度為95%的工業乙醇至25mm具塞量筒的50ml處人工快速攪拌1mim并靜置一定時間后的沉淀物體積）。表3列出了新型懸浮劑分別在不同有機快干溶劑中的膨脹值。表1 新型醇基復合分散懸浮劑中電解質加入量對醇基鎂砂粉復合涂料懸浮率的影響電解質加入量(%)0510涂料PH值2h懸浮率(%)5h懸浮率(%)8h懸浮率(%)24h懸浮率(

9、%)66.58482.581.5819.510.09488878410.511.099.599.098.097.5( 注：1 復合電解質加入量為分散懸浮劑總量的重量比;2 醇基鎂砂粉復合涂料組成為：325目鎂砂粉100%，新型分散懸浮劑5%，粘結劑3%，乙醇適量。)表2 幾種醇基分散懸浮劑在工業乙醇中的膨脹值（ml2g）靜置時間懸浮劑種類2h24h備注鈉基膨潤土鋰基膨潤土 有機膨潤土新型懸浮劑72937347232327以等量水活化以等量水活化以兩倍重的二甲苯引發以等量水活化表3 新型醇基復合分散懸浮劑在幾種有機溶劑中的膨脹值（ml2g）溶劑種類甲醇乙醇異丙醇溶劑濃度（%）膨脹值（ml/2g）

10、9916.595279923.5備注均以等量水活化，靜置時間為24h.由表1和表2可知：(1) 新型分散懸浮劑懸浮能力隨電解質加入量的增加而顯著提高。(2) 新型分散懸浮劑在乙醇中的膨脹值與有機膨潤土相當。(3) 新型分散懸浮劑在高純度異丙醇中的膨脹值大于在高純度甲醇中的膨脹值，但小于在工業乙醇（濃度95%）中的膨脹值。此外，新型分散懸浮劑還具有以下特點：(4) 耐火度高達16501670，比膨潤土高300以上，對涂料的耐火性能無不良影響。(5) 01200熱收縮率為12.1%，僅為膨潤土01200熱收縮率18.0%的2/3，不會使涂層產生裂紋缺陷。(6) 新型復合分散懸浮劑耐火度和抗裂性的顯

11、著提高，使其涂料中的容許最高加入量可12%（占耐火粉料重），加入量范圍寬。(7) 起分散劑作用的主要組分同時具有涂料高溫粘結劑作用；起懸浮劑作用的主要組分同時也是低溫或高溫粘結劑，均具有多重作用。表4 幾種醇基分散懸浮劑對醇基鋯英粉涂料懸浮率的影響懸浮劑種類懸浮率（）新型懸浮劑有機膨潤土浙江某商品懸浮劑存放4h存放8h存放24h存放3d969185849289827285807979備注新型分散懸浮劑加入量為鋯英粉的5%，并用等量水活化有機膨潤土加入量為鋯英粉重的2%，并用5倍的二甲苯引發懸浮劑加入量為鋯英粉重的5%，并用等量水活化1、涂料的其它成份均為：325目鋯英粉100%，粘結劑3%，甲

12、醇和其它附加物適量2、涂料粘度均為8s(6mm粘度杯)2 新型醇基復合分散懸浮劑對醇基涂料懸浮性的影響表4列出了新型醇基復合分散懸浮劑與有機膨潤土和一種浙江產商品懸浮劑同時應用于醇基鋯英粉涂料時懸浮性的對比情況。表4表明：新型醇基復合分散懸浮劑的懸浮穩定性比有機膨潤土略高，比某商品懸浮劑顯著提高。采用本懸浮劑技術的涂料與國外著名品牌涂料的性能對比(見表5)表明：采用本懸浮劑技術的涂料懸浮率和抗裂性達到了國際著名品牌涂料水平。表5 采用本醇基復合分散懸浮劑的涂料與幾種國際著名品牌醇基涂料的主要性能對比型號國別及公司懸浮率(24h，%)抗裂性(12002min)涂料類型EZTCeramol 256

13、-820EZT中國湖北機電研究設計院英國Foseco公司日本岡崎礦產會社中國湖北機電研究設計院日本西村黑鉛會社8582879790無裂紋1級無裂紋無裂紋12級醇基鋯英粉醇基鋯英粉醇基鋯英粉醇基石墨粉醇基石墨粉3 新型醇基復合分散懸浮劑的作用機理膠體化學的分散理論認為24：微細顆粒在液體介質中的穩定分散過程包括顆粒潤濕、機械分散和分散穩定三個階段；顆粒潤濕即顆粒與顆粒之間的界面被顆粒與溶劑或分散劑取代；機械分散即利用剪切力將大量顆粒細化，使團聚體解聚；分散穩定則指將原生粒子或細小團聚體在靜電斥力FER、空間位阻斥力FSR作用下來屏蔽顆粒之間的范德華力FWA，使顆粒不再積聚。顆粒分散穩定的充要條件

14、是：FER + FSR FWA。新型醇基復合分散懸浮劑系一種超細粉狀亞納米級材料，由于其粒徑極小，表面積特大，其表面活性相當高，具有良好的膠體性質，當它在液體介質中形成擴散雙電層時（見圖1），由于其中的復合電解質分散劑具有大量的水化陽離子，呈較強的堿性，使顆粒表面陽離子顯著增加，從而使擴散雙電層的Zeta電位提高，使原生粒子或細小團聚體之間的靜電斥力FER增大，進而促進顆粒穩定分散。表1所示的新型分散懸浮劑懸浮能力隨電解質加入量的增加而顯著提高的實驗結果有力地證明了以上靜電分散穩定機理。這一機理的示意圖見圖2。新型醇基復合分散懸浮劑還含有一種高分子聚合物分散劑。這種高分子聚合物的錨固基團吸附在

15、懸浮劑顆粒表面，其溶劑化鏈在介質中充分伸展形成位阻層，使原生粒子或細小團聚體之間的空間位阻斥力FSR增大，阻礙顆粒的碰撞團聚和重力沉降，從而促進顆粒穩定分散。以上空間位阻分散穩定機理的示意圖見圖3。新型醇基復合分散懸浮劑還含有一種非離子型表面活性劑，加強了懸浮劑顆粒表面潤濕和高分子聚合物錨固基團在顆粒表面的吸附及覆蓋，進一步促進了空間位阻分散穩定效應。圖2 靜電分散穩定機理示意圖 圖3 空間位阻分散穩定機理示意圖 圖1 懸浮劑顆粒表面擴散雙電層示意圖此外，新型醇基復合分散懸浮劑中的高分子聚合物分散劑和非離子型表面活性劑能有效提高醇溶液的粘度，使其在醇基涂料中的分散懸浮能力又得到明顯改善。正是由

16、于上述靜電分散穩定機理、空間位阻分散穩定機理和增粘機理的共同作用，使得新型醇基復合分散懸浮劑加入到涂料中時賦予涂料優良的分散懸浮穩定性和觸變性，使涂料具有不易分層和沉淀、涂刷性好等特點。4 結論4.1 新型醇基涂料復合分散懸浮劑懸浮能力隨電解質分散劑加入量的增加而顯著提高。4.2 新型醇基復合分散懸浮劑的懸浮能力與有機膨潤土相當；耐火度高達16501670，比膨潤土高300以上；熱收縮率僅為膨潤土的2/3，涂層抗裂性好，加入量范圍寬。4.3 起分散劑作用的主要組分同時具有涂料高溫粘結劑作用，起懸浮劑作用的主要組分同時也是低溫或高溫粘結劑，均具有多重作用。4.4 采用本復合分散懸浮劑技術生產的醇基涂料懸浮率和抗裂性均達到了國際著名品牌涂料水平。 4.5 新型醇基涂料復合分散懸浮劑通過靜電分散穩定機理、空間位阻分散穩定機理和增粘機理的共同作用發揮出優良的分散懸浮效果。參考文獻1 馮勝山，劉小順，蔣 樞. 一種用于涂料的復合分散懸浮劑. 中國，發明專利，ZL94108832.4. 1998年4月23日.2 王瑞剛，吳厚政，陳玉如，等. 陶瓷漿料穩定分散進展. 陶瓷學報，1999，(1) : 35363 馬文