在顏料涂料領(lǐng)域，對(duì)不同的變量對(duì)涂層表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的影響已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，并建立了變量與涂料最終使用性能之間的相互關(guān)系。影響顏料型涂料表面涂層結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的因素有很多。最重要的有顏料的百分含量、膠黏劑的種類和用量、增稠劑的種類和用量、干燥條件、涂布基質(zhì)的性質(zhì)、涂料各組分間的膠體作用、顏料粒子的形狀與粒徑分布以及壓光條件。 
    高嶺土、碳酸鈣和二氧化鈦是目前顏料型涂料中最常用的顏料。目前，利用工程或改性高嶺土和碳酸鈣顏料(包括沉淀碳酸鈣)可賦予涂層松厚度和光學(xué)性能。一般來(lái)說(shuō)，顏料型涂料中的顏料是不同粒徑和形狀粒子的混合物。當(dāng)粒子形狀不同時(shí)，粒徑很難比較。因?yàn)轭伭狭Ｗ有螤詈土�徑分布也�?huì)影響涂料的流變性和最終干涂層的結(jié)構(gòu)，因此對(duì)涂料結(jié)構(gòu)具有很重要的影響。
    本研究主要探索顏料配比對(duì)涂層表面結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)的影響。配制了膠黏劑含量不同的涂料并將其施涂到吸收性能不同的2種基質(zhì)上。用光澤度和粗糙度來(lái)表征涂層的表面形態(tài)，并且用XPS(x一射線光電子能譜儀)檢測(cè)涂層的表面組成。

1實(shí)驗(yàn)
    涂料系統(tǒng)由高嶺土顏料和沉淀碳酸鈣(PCC)以及單一膠黏劑羧基苯乙烯一丁二烯丙烯腈膠乳(SBA)組成。
    第1種顏料是適于紙張涂布的高嶺土(IMERYS公司的AstraplateTM)。用SEM觀察得知顏料粒子具有高的長(zhǎng)寬比和寬的粒徑分布。顏料的物理性能如下：平均粒徑0．45pjn(與廠商提供的一樣，用沉淀法測(cè)得)，長(zhǎng)寬比為34，小于2m的粒子含量為84％，小于0．25~xn的粒子含量為31％，密度2．6g／cm。
    第2種顏料是棱柱形的細(xì)PCC(特種礦物公司的PCCAlbaglos—STM漿液)。其平均粒徑為0．6txm，漿液初始固含量70％，PCC密度為2．71g／cm。膠乳是成膜性能較好的SBA(OMNOVASolutions的SBAGenCrylTM9780)。玻璃轉(zhuǎn)化溫度18℃，粒徑較小，約為120nm，可控膠凝物固含量75％～80％。廠家提供的數(shù)據(jù)表明，膠乳在pH值6，5時(shí)固含量50．O％，密度1．02g／cm。在70％的固含量下分散高嶺土，每100份顏料加0．03份的聚丙烯酸鈉作為分散劑，分散結(jié)束后，按以下比例混合高嶺土和碳酸鈣：100：0，75：25，50：50，25：75和0：100。所有的混合工序都在室溫下進(jìn)行。配制了2種膠黏劑含量不同的涂料，每100份顏料中分別加人1O份和20份膠乳。用/考 試大/實(shí)驗(yàn)室棒式涂布機(jī)將涂料施涂到無(wú)吸收性的塑料基質(zhì)上(DuPont公司的MylarTM)和具有吸收性的噴墨打印紙上(HewlettPa—chard公司的BrochurePaper)。用Bristow吸收性能檢測(cè)方法測(cè)試該噴墨打印紙的吸水性。噴墨打印紙的孔隙小于50nm，因此，涂料中的大多數(shù)粒子會(huì)留在紙張表面，但涂料中的水會(huì)借助毛細(xì)管作用而滲人紙張。
    在室溫下干燥，最終涂布量約為20g／m。用光澤度和粗糙度來(lái)表征涂層的表面形態(tài)，用光澤度儀在75。人射角下檢測(cè)涂層表面的光澤度，檢測(cè)面積是8mill×15ram。用光澤度為99．8(用該光澤度儀檢測(cè))的經(jīng)高度拋光的塊狀玻璃作為標(biāo)準(zhǔn)。所有檢測(cè)都用3張白紙作為襯底，每種涂層選擇3個(gè)試樣來(lái)檢測(cè)光澤度。為了記錄光澤度的所有變化，對(duì)每種試樣檢測(cè)6次，即縱、橫向各測(cè)3次。取平均值作為該涂層的光澤度值。
    用機(jī)械的尖端為菱形的粗糙度儀(TaylorHobsonLtd生產(chǎn)的SurtronicDuo)測(cè)定粗糙度，尖端有半徑為5m的曲線。檢測(cè)頭施加10mN的力，檢測(cè)長(zhǎng)度為8mm。每個(gè)試樣在3個(gè)點(diǎn)上分別測(cè)3次，結(jié)果取平均值。
    用于檢測(cè)涂層表面膠乳組成的XPS技術(shù)是多技術(shù)表面分析體系的一部分(Leybold公司的MAX200)。檢測(cè)時(shí)，試樣長(zhǎng)寬為20mm，用4個(gè)螺絲將其固定在試樣架上。Mg—k(1253．6eV)在100W的x射線(10kV，10mA)照射下測(cè)定，分析箱的壓力小于l0Pa。 
    為防止破壞膠乳中的碳元素信號(hào)，首先掃描碳元素，然后對(duì)試樣和其他元素進(jìn)行全面檢測(cè)。除了檢測(cè)C、0、A1、Si、Ca、Mg、S和Na元素外，還計(jì)算了每種元素所產(chǎn)生的峰面積。掃描面積是7mm×4mm，每種元素掃描50次，結(jié)果取平均值。用XPS制造商提供的元素相對(duì)橫截面積法計(jì)算涂層表面組成的原子百分含量。最后，按下式根據(jù)面積百分?jǐn)?shù)計(jì)算涂層表面膠黏劑的含量：


    其中A、A和Acaco3分別是膠乳、高嶺土和碳酸鈣的面積百分?jǐn)?shù)。A小Ai和A分別是元素Al、si和ca的原子百分含量。從式3看出，膠乳信號(hào)不是直接測(cè)量的，而是通過(guò)與純的高嶺土和碳酸鈣層對(duì)比，從涂層中減去高嶺土和碳酸鈣的信號(hào)而獲得。由于碳信號(hào)的不確定性，這個(gè)過(guò)程是必需的，但最終的計(jì)算結(jié)果與所檢測(cè)的碳信號(hào)的面積百分?jǐn)?shù)一致。