無機顏料的作用機理

無機顏料的基本光學性能和顏料性能，主要由以下三方面來確定：
顏料與分散介質之間的折光率之差；
被固體吸收的光包括固體中的雜質；
粒徑及粒徑分布。其中粒徑及粒徑分布可以通過表面處理來改善。
在顏料生產過程中，無論被研磨多細的顏料粉末，總會含有一些聚集和絮凝粒子。顏料在運輸、儲存過程中，由于擠壓、受潮會進一步絮凝成大顆粒，而且顏料越細、表面積越大、表面能更高，更容易絮凝在一起。如果通過適當的表面活性劑處理后，這些絮凝的大顆粒，在使用時就很容易被分散開來，其分散機理主要如下：
1.潤濕
無機顏料粉末在液體中的分散主要經過以下三個階段：
粉末的濕潤，液體不僅要濕潤粉末的表面，還要把粉末粒子間的空氣和水分置換出來；
通過濕潤的粉末并置換出粒子間的空氣和水分后，顏料粉末中的絮凝體和聚集體被破壞；
被濕潤和被破壞的絮凝體和聚集體粉末在液體中保持穩定的分散狀態。也就是說分散是潤濕—分散—保持分散體穩定的過程。
一般情況下，無機顏料在使用前是很少進行烘干處理的，顏料的表面除了夾雜著空氣，還吸附一層水膜。顏料表面通常所吸附的水量，相當于固體表面上所形成單分子膜所需要的水量。例如每克 tio2 表面積為10m2 ，水分子吸附層厚度為 10×10-10m，單分子膜所需要的水量約為顏料重量的 0.3%，所以顏料中的水分含量也是影響其分散性能的主要因素之一。固體被濕潤的好壞，可根據其接觸角來判斷，接觸角為 0°表示完全濕潤，液體完全展布在固體的表面；接觸角為 180°表示完全不濕潤，液體呈水珠狀附著在固體的表面。
固體能否在液體中良好濕潤，除了用接觸角大小來判斷外，還可測定其濕潤熱的大小來判斷，一般親水性粉末如tio2在極性液體中濕潤熱大，在非極性液體中濕潤熱小，而疏水性粉末在極性和非極性液體中的濕潤熱大致上是一定的。
固體粉末在液體中的沉降速度和沉降容積的大小也可判斷其濕潤程度的好壞，像 tio2這種極性大的固體在極性大的溶液中沉降容積小，在極性小的溶液中則大；而非極性固體粉末一般沉降容積都大。通過加入表面活性劑處理后，由于表面活性劑分子有力地定向吸附在固體的表面，有助于降低液體的表面張力，提高其濕潤和分散性能。
2.電斥力ξ電位
無機顏料在水溶液中的分散和分散穩定性，主要依賴其在水中的電斥力即ξ電位的大小來決定。
電斥力就是利用電荷的排斥來保持分散穩定性。
表面活性劑能在水溶液中電離出大量帶負電或正電的離子，牢固地吸附在顏料粒子的表面，使這些粒子帶有相同電荷，其它帶相反電荷的離子則自由擴散到液體介質的周圍，形成一個帶電離子的擴散層雙電層。自固體表面至擴散層遠處即帶相反電荷為 0 的地方的兩層離子間的電位差稱為ξ電位。粒子間的靜電斥力就是由此而來，這些帶相同電荷的粒子一經接觸就相互排斥，從而保持分散體系的穩定，即的 d.l.v.o. 理論。
在電斥力的情況下，表面活性劑必須具有高的電離性能，通常使用的是陰離子表面活性劑及一些無機電介質，如：多磷酸三鉀、焦磷酸鉀、多磷酸鈉、烷基芳基磺酸鈉、次亞甲基萘磺酸鈉、聚羧酸鈉等。
3.空間位阻效應或熵效應
當顏料分散在非水介質中時，便大大排除了上述離子反應的可能性，非離子表面活性劑在水中不電離，在這種情況下，表面活性劑的作用稱之為空間位阻效應或熵效應。因為表面活性劑能夠定向地吸附在顏料粒子的表面，形成一種單分子吸附層，這種定向緩沖層能防止粒子間的相聚，從而保持分散體系的穩定又稱保護膠體或膠束。
顏料表面的表面活性劑分子群，隨著表面活性劑濃度的提高，其熵會降低，運動將受到限制，顏料粒子越靠近、越壓縮，其熵會進一步降低，從而有利分散體系的穩定 。

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