利用LUM穩(wěn)定性分析儀評價表面活性劑對碳黑水性分散體配方穩(wěn)定性影響

表面活性劑通常用于穩(wěn)定分散體（乳液、懸浮液等）和改善表面性能。其選擇，最佳添加濃度等是配方設(shè)計中的關(guān)鍵步驟。目前有許多不同的方法來評價分散體的穩(wěn)定性。這些方法可能非常簡單，比如直接肉眼觀看差異，也可能基于個人經(jīng)驗判斷。部分方法通過評價分散體的某些指標(biāo)來衡量表面活性劑選擇的好壞，比如評價粒徑，電位，粘度等，但這些方法往往還需要稀釋樣品，操作繁瑣，且需要在樣品存放的不同階段反復(fù)進(jìn)行測量。間接的某一指標(biāo)與穩(wěn)定性往往可能并不正相關(guān)，所以間接法測量與實際的儲存穩(wěn)定性又存在偏差。

本文簡述了用LUM穩(wěn)定性分析儀進(jìn)行表面活性劑的快速篩選和評價分散體穩(wěn)定性的過程。為了證明該篩選方法的有效性，我們選擇了一些不同濃度和組成的分散劑來進(jìn)行懸浮液穩(wěn)定性效果的評價。且進(jìn)一步評估了制備條件的影響。

1，測試原理

Fig1 Test Principle

使用近紅外光源（或多光源系統(tǒng)）不斷照射整個樣品，在樣品離心加速分離的同時，與光源平行的檢測器隨時間連續(xù)監(jiān)測并反應(yīng)樣品的透光率變化，從而形成樣品在分離過程的空間和時間透光率圖譜。通過配套的分析軟件，既可定性分析樣品詳細(xì)的失穩(wěn)過程，又可對樣品間的不穩(wěn)定性指數(shù)，界面分層，顆粒遷移速度，粒度和分布等進(jìn)行定量分析和比較。

2，樣品和測試條件

2，1，樣品制備：用不同濃度的十二烷基苯磺酸鈉（ABS-Na），和不同組成的陰離子-非離子表面活性劑混合物，制備0.1 m/m的碳黑（廣泛應(yīng)用于墨水，涂料，橡膠，塑料）水性分散體。且進(jìn)一步評估了制備條件的影響。

2，2，測試條件：LUMiFuge111，285g，25℃，900s

3，測試結(jié)果

Figure 2-Evolution of transmission profiles, centrifugation of a carbon black suspension stabilized by a commercial anionic surfactant

圖2展示了在該測試條件下，0.47% ABS-Na穩(wěn)定的碳黑分散液的透光率圖譜隨時間的變化。在離心過程中，一個相對平緩的沉積峰向樣品管底部移動，這是典型的顆粒多分散沉降的過程。

Figure 3-Comparison of sedimentation kinetics obtained by the analysis mode Front Tracking , dependence on surfactant ( ABS-Na ) concentration (% m/m )

圖3展示了在該測試條件下，不同濃度ABS-Na的作用下碳黑分散液的界面位置隨時間的沉降過程。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)ABS-Na的濃度從0.011%到0.47%的升高過程中，斜率逐漸降低，即沉降速率逐漸降低，穩(wěn)定性提升。

Figure 4-Carbon black stabilization by an anionic dispersant-effect of dispersant concentration

圖4展示了在該測試條件下，不同濃度ABS-Na的作用下碳黑分散液的界面沉降速率。我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)ABS-Na的添加濃度較低時，穩(wěn)定性隨濃度的增加而增加，當(dāng)ABS-Na的濃度達(dá)到0.7%時穩(wěn)定性不再顯著增加，即此時是最佳添加濃度。

Figure 5-Carbon black stabilization by an anionic-nonionic dispersant mixture-effect of anionic surfactant mass fraction (dispersant concentration 0.5 % m/m )

圖5展示了在該測試條件下，不同組成的陰離子-非離子表面活性劑混合物（總的分散劑添加濃度為0.5%）的作用下碳黑分散液的界面沉降速率。最佳混合比例約為1：1

Figure 6-Carbon black stabilization by an anionic dispersant (0.5 %m/m ) -effect of stirring speed and time

圖6展示了在該測試條件下，不同制備條件（攪拌轉(zhuǎn)速和時間）對陰離子表面活性劑（0.5% ABS-Na）的添加效果的影響。攪拌轉(zhuǎn)速提高以后，碳黑分散液的沉降速率顯著降低，即穩(wěn)定性顯著提升。

4，小結(jié)

本文有效研究了分散劑的添加濃度和不同組成，以及制備條件對穩(wěn)定性的影響。對表面活性劑應(yīng)用具有良好的指導(dǎo)意義。