摘要：使用激光粒度儀的干法和濕法分別測(cè)試了鈦白粉、滑石粉、石墨烯的粒徑分布，比較了2種測(cè)試方法結(jié)果的異同。討論了方法合適的測(cè)試條件：涂料中的干粉樣品適合干法測(cè)試，液態(tài)樣品適合濕法測(cè)試。
在一定的儀器設(shè)置條件下，使用干法測(cè)試了鈦白粉、滑石粉、石墨烯的粒徑分布，使用濕法測(cè)試了乳液和鈦白粉、石墨烯的粒徑分布，并比較了測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性。
試驗(yàn)表明:干法和濕法測(cè)試結(jié)果都具有較高的重復(fù)性，能夠測(cè)試出在涂料中添加的各種粒子的粒徑分布。
涂料粒徑分析主要包括粉末涂料、建筑乳液等涂料產(chǎn)品以及鈦白粉、氧化鐵、滑石粉等顏填料的粒徑分布測(cè)試。
粒徑測(cè)試的方法主要有沉降法、激光法、篩分法、電阻法、顯微圖像法、電鏡法、電泳法、質(zhì)譜法、刮板法、透氣法、超聲波法等。
激光粒度儀測(cè)試法是新型粒徑測(cè)試方法，應(yīng)用廣泛，測(cè)試速度快，測(cè)試范圍廣。激光粒徑分析儀是根據(jù)激光在被測(cè)顆粒表面發(fā)生散射，散射光的角度和光強(qiáng)會(huì)因顆粒尺寸的不同而不同，根據(jù)米氏散射和弗氏衍射理論，可以進(jìn)行粒徑分析。
激光粒度儀的測(cè)試方法可以分為干法和濕法2種。干法使用空氣作為分散介質(zhì)，利用紊流分散原理，能夠使樣品顆粒得到充分分散，被分散的樣品再導(dǎo)入光路系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試。
濕法則是把樣品直接加入到水或者乙醇等分散介質(zhì)中進(jìn)行分散，然后再經(jīng)過(guò)光路系統(tǒng)，計(jì)算出粒徑分布。
干、濕2種測(cè)試方法由于分散介質(zhì)不同，測(cè)試結(jié)果會(huì)存在差異。目前粒度儀大多數(shù)使用濕法進(jìn)行測(cè)試，但是干法測(cè)試也有其優(yōu)點(diǎn):測(cè)試速度快，操作簡(jiǎn)單，可以測(cè)試在水中溶解的樣品等。
本文使用了干法和濕法分別對(duì)鈦白粉、滑石粉、石墨烯等顏填料的粒度進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)分析測(cè)試結(jié)果，討論了這2種方法之間的差異以及測(cè)試條件、分散劑對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，并討論了測(cè)試結(jié)果之間的重復(fù)性。
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1主要原料及儀器
鈦白粉：R-2196，中核華原鈦白有限公司；
滑石粉：T-777A，優(yōu)托科礦產(chǎn)(昆山)有限公司；
石墨烯:SE1132，常州第六元素材料科技股份有限公司。
HELOS/BF干濕二合一激光粒徑分析儀：德國(guó)新帕泰克公司；
鏡頭測(cè)試范圍(R)為R1(0.1～35μm)、R3(0.5～175μm)、R5(0.5～875μm)。
1.2試驗(yàn)方法
(1)干法測(cè)試
稱取一定量充分混合均勻的樣品，在(105±2)℃的烘箱中烘15min，除去水分。選擇測(cè)試模式為干法。設(shè)置分散壓力、震動(dòng)槽速率等參數(shù)。加樣測(cè)試，遮光率控制在7%～10%。
(2)濕法測(cè)試
濕法測(cè)試的樣品分為干粉樣品和液態(tài)樣品。干粉樣品在測(cè)試前要充分混合，樣品的均勻性。液態(tài)樣品搖勻后直接加入樣品槽。
不易分散的樣品在樣品槽內(nèi)加入適量的分散劑，調(diào)整泵速、超聲時(shí)間、強(qiáng)度、攪拌速率，選擇合適的鏡頭，開始測(cè)試。遮光率在8%～12%之間。
1.3粒徑分布參數(shù)
Xb=aμm表示粒徑小于aμm的粒徑占總體積的b%；VMD:體積平均粒徑。
2結(jié)果與討論
2.1鈦白粉粒徑分布的測(cè)試
2.1.1干法測(cè)試
測(cè)試條件：R1鏡頭；分散壓力0.6MPa；震動(dòng)槽速率60%；觸發(fā)條件為遮光率>1%開始測(cè)試，遮光率小于1%停止。
測(cè)試結(jié)果：X1=0.20μm；X50=0.60μm；X99=1.80μm；VMD為0.69μm。
2.1.2濕法測(cè)試(未加分散劑)
測(cè)試條件：R1鏡頭；泵速40%；超聲時(shí)間30s；攪拌速率40%。
測(cè)試結(jié)果：X1=0.11μm；X50=0.84μm；X99=2.52μm；VMD為0.90μm。
2.1.3濕法測(cè)試(加分散劑六偏磷酸鈉)
測(cè)試條件：R1鏡頭；泵速40%；超聲時(shí)間30s；攪拌速率40%。
測(cè)試結(jié)果：X1=0.11μm；X50=0.66μm；X99=2.08μm；VMD為0.74μm。
2.1.4鈦白粉粒徑分布2種測(cè)試方法之間的差異
從鈦白粉干法和濕法測(cè)試結(jié)果可以看出，2種方法的測(cè)試結(jié)果相近，干法比濕法測(cè)試結(jié)果偏小。
干法與加分散劑的濕法測(cè)試相比，2種方法的X1值相差0.09μm，X50值相差0.06μm，X99值相差0.28μm，VMD相差0.05μm。
濕法測(cè)試中若不加分散劑，樣品在分散介質(zhì)中無(wú)法充分分散，樣品的粒徑分布圖中會(huì)出現(xiàn)雙峰(見(jiàn)圖2)。
可見(jiàn)分散劑對(duì)于樣品分散效果的影響較大，合適的分散劑有利于樣品在分散介質(zhì)中分散，測(cè)試的性。
2.2滑石粉粒徑分布的測(cè)試
2.2.1干法測(cè)試
測(cè)試條件：R1鏡頭；分散壓力0.3MPa；震動(dòng)槽速率65%；觸發(fā)條件為遮光率>1%開始測(cè)試，遮光率小于1%停止。
測(cè)試結(jié)果：X1=0.57μm；X50=4.35μm；X99=19.19μm；VMD為5.41μm。
2.2.2濕法測(cè)試(未加分散劑)
測(cè)試條件：R1鏡頭；泵速40%；超聲時(shí)間30s；攪拌速率40%。
圖片
測(cè)試結(jié)果：X1=0.61μm；X50=6.21μm；X99=22.01μm；VMD為7.03μm。
2.2.3濕法測(cè)試(加分散劑六偏磷酸鈉)
測(cè)試條件：R1鏡頭；泵速40%；超聲時(shí)間30s；攪拌速率40%。
測(cè)試結(jié)果：X1=0.60μm；X50=5.73μm；X99=23.63μm；VMD為7.03μm。
2.2.4滑石粉粒徑分布2種測(cè)試方法之間的差異
比較滑石粉干法測(cè)試和濕法測(cè)試的粒徑分布圖可以看出，濕法比干法測(cè)試結(jié)果偏大?；勖芏容^大，在干法測(cè)試的過(guò)程中，選擇了0.3MPa的分散壓力。
濕法測(cè)試中，加入分散劑和未加分散劑的測(cè)試結(jié)果相近，可以看出添加分散劑對(duì)滑石粉的測(cè)試結(jié)果影響不大?；勰軌蜉^好地分散在水中。
2.3石墨烯粒度分布的測(cè)試
2.3.1干法測(cè)試
測(cè)試條件：R1鏡頭；分散壓力0.1MPa；震動(dòng)槽速率65%；觸發(fā)條件為遮光率>1%開始測(cè)試，遮光率小于1%停止。
測(cè)試結(jié)果：X1=0.62μm；X50=3.86μm；X99=8.10μm；VMD為3.89μm。
2.3.2濕法測(cè)試(不加分散劑)
測(cè)試條件：R1鏡頭；泵速40%；超聲時(shí)間30s；攪拌速率40%。
測(cè)試結(jié)果：X1=1.94μm；X50=9.69μm；X99=20.37μm；VMD為10.19μm。
2.3.3濕法測(cè)試(加分散劑)
測(cè)試條件：R1鏡頭；泵速40%；超聲時(shí)間30s；攪拌速率40%。
測(cè)試結(jié)果：X1=1.34μm；X50=7.45μm；X99=18.04μm；VMD為7.95μm。
2.3.4石墨烯2種測(cè)試方法之間的差異
從石墨烯2種方法的測(cè)試結(jié)果可以看出，干法的測(cè)試結(jié)果偏小，濕法的測(cè)試結(jié)果較大(加入分散劑測(cè)試)。這是因?yàn)槭悠访芏容^小，會(huì)浮在分散介質(zhì)上，樣品的分散效果較差。
2種方法X1值相差0.72μm，X50值相差3.59μm，X99值相差9.94μm，VMD相差4.06μm，說(shuō)明石墨烯樣品難于在水中較好地分散，干法測(cè)試更適合石墨烯。
濕法測(cè)試中，添加分散劑和不加分散劑的粒徑分布結(jié)果相差也較大，說(shuō)明使用分散劑六偏磷酸鈉可以較好地分散石墨烯。而分散劑的濃度和用量對(duì)樣品分散效果的影響則需要通過(guò)另外的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。
2.4涂料粒徑分析干法和濕法之間的差異
干法和濕法雖然測(cè)試的結(jié)果比較接近，但是由于兩者的分散介質(zhì)的折射指數(shù)不一樣，兩者的測(cè)試結(jié)果之間會(huì)有一些差異。進(jìn)行粒徑分析，重要的是要樣品在各自使用的介質(zhì)中的分散效果。
干法的進(jìn)樣速率、壓力等分散條件的選擇要合適，在可以分散好樣品的情況下，盡量選擇較小的壓力，減少對(duì)樣品顆粒的沖擊，避免顆粒的二次破碎。
對(duì)于一些難于分散的樣品，比如氧化鐵，密度較大，需要選擇較大的分散壓力，否則無(wú)法取得好的分散效果，或者改變進(jìn)樣量來(lái)改變樣品的分散效果。
濕法進(jìn)樣要通過(guò)改變攪拌速率、超聲時(shí)間來(lái)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)使用合適的分散劑來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行分散。對(duì)于一些較輕，可漂浮在分散介質(zhì)上的樣品，要延長(zhǎng)樣品的測(cè)試時(shí)間，以利于樣品的充分分散。
同時(shí)濕法測(cè)試應(yīng)該使用超聲波去除氣泡，否則會(huì)在結(jié)果中形成拖尾峰。
2.5干法和濕法測(cè)試的重復(fù)性比較
2.5.1干法測(cè)試重復(fù)性
重復(fù)性指標(biāo)是衡量粒徑分布測(cè)試結(jié)果好壞的重要指標(biāo)，是指同一個(gè)樣品多次測(cè)量結(jié)果之間的偏差，通常用X50之間的偏差表示。
粒徑分布的重復(fù)性測(cè)試與樣品的分散程度有較大的關(guān)系，樣品分散的好，則測(cè)試的重復(fù)性也較高。選取2種常用的顏填料鈦白粉和滑石粉進(jìn)行干法重復(fù)性試驗(yàn)。結(jié)果見(jiàn)表1。
2.5.2濕法測(cè)試重復(fù)性
選取乳液和鈦白粉分別進(jìn)行了2次濕法重復(fù)測(cè)量。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。
目前在GB/T21782.13—2009中規(guī)定了粉末涂料粒徑測(cè)試重復(fù)性的要求為2次測(cè)試結(jié)果的任何一個(gè)粒度級(jí)分區(qū)間的偏差不大于1%。從以上樣品的測(cè)試結(jié)果來(lái)看，干法測(cè)試和濕法測(cè)試的重復(fù)性均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
影響重復(fù)性測(cè)試的主要因素是樣品的分散程度，所以測(cè)試前取樣要樣品的均勻性，對(duì)于容易團(tuán)聚的樣品，其重復(fù)性較差，所以無(wú)論是干法測(cè)試還是濕法測(cè)試，均要做好樣品的前處理工作。
干粉狀樣品，要注意除水干燥。對(duì)于一些在水中分散不好的干粉樣品，需要在分散介質(zhì)中加入分散劑，設(shè)置好儀器的超聲時(shí)間、攪拌速率等輔助分散條件。
濕法測(cè)試用液態(tài)樣品，需要將樣品攪拌均勻。乳液、水分散體樣品，由于被測(cè)粒子已經(jīng)在樣品中分散形成了穩(wěn)定體系，所以測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性較好。
濕法測(cè)試的分散介質(zhì)對(duì)于樣品的影響很大，容易和分散介質(zhì)(水)發(fā)生反應(yīng)，或和水的折射率相差不大的樣品不宜使用濕法測(cè)試。
而對(duì)于像氧化鐵之類的密度較大的樣品，使用干法測(cè)試分散性較差，可以使用濕法進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)加入分散劑，延長(zhǎng)超聲時(shí)間，提高攪拌速率，使樣品可以充分分散，從而提高樣品的測(cè)試重復(fù)性。
3結(jié)語(yǔ)
討論了激光粒度儀干法和濕法測(cè)試涂料用顏填料鈦白粉、滑石粉、石墨烯以及建筑乳液的粒徑分布。
對(duì)激光粒度儀測(cè)試法來(lái)說(shuō)，干法測(cè)試和濕法測(cè)試由于分散原理上的差異，對(duì)于同一個(gè)樣品，測(cè)試結(jié)果也會(huì)存在差異。
濕法測(cè)試的結(jié)果比干法測(cè)試的結(jié)果偏大。在進(jìn)行密度較小的樣品的測(cè)試過(guò)程中，樣品會(huì)浮在分散介質(zhì)上，要加入六偏磷酸鈉等表面活性劑，降低分散介質(zhì)的表面張力，提高樣品的分散度，才能樣品在分散介質(zhì)中充分分散。
在的儀器設(shè)置條件下，激光粒度儀測(cè)試的重復(fù)性較好，鈦白粉、滑石粉等粉體干法測(cè)試2次結(jié)果的偏差小于1%。濕法測(cè)試，乳液的測(cè)試重復(fù)性要好于干粉的測(cè)試重復(fù)性，濕法測(cè)試2次結(jié)果的偏差小于1%。
