一、分散劑作用原理：

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以機(jī)械方式，在介質(zhì)中分散顏料的最基本目的是把在顏料制造過(guò)程中的經(jīng)過(guò)干燥而導(dǎo)致的親油凝聚顆粒分散開(kāi)來(lái)。當(dāng)顆粒細(xì)度變小，其暴露的表面積增加而提升了顏料的光學(xué)性能，如：著色性能、光澤、亮度、遮蓋力或透明度。

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在一般的分散劑研磨體系中，例如油墨、涂料，樹(shù)脂是配方中的組分之一，可是，樹(shù)脂與分散劑在顏料會(huì)互相競(jìng)爭(zhēng)。分散劑在顏料表面吸附能力，也會(huì)受到樹(shù)脂的影響，樹(shù)脂與分散劑會(huì)互相競(jìng)爭(zhēng)吸附于顏料表面的機(jī)會(huì)。但分散劑與樹(shù)脂之間的區(qū)別在于分散劑吸附顏料表面的牢度，分散劑不僅對(duì)顏料有極強(qiáng)的吸附力，并且對(duì)溶劑有很好的親和力。

樹(shù)脂在顏料表面，實(shí)際只起到潤(rùn)濕作用，它并不長(zhǎng)久沾在顏料表面，時(shí)間久了，樹(shù)脂將慢慢離開(kāi)顏料表面而導(dǎo)致絮凝，雖然如此，但樹(shù)脂的存在還是阻礙了分散劑在顏料表面的錨固。

因此，在選擇樹(shù)脂時(shí)，應(yīng)考率樹(shù)脂帶來(lái)的成膜功能，而并不需要選擇另外很好的潤(rùn)濕或研磨樹(shù)脂，除此之外，還要考慮研磨基料中的樹(shù)脂含量足夠與否維持配方的穩(wěn)定性。

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分散劑在研磨基料中的使用，與傳統(tǒng)的研磨基料相比，其配方的調(diào)整最為關(guān)鍵的是樹(shù)脂溶液的濃度。傳統(tǒng)研磨介質(zhì)中樹(shù)脂濃度較高，顏料可裝填量較少。雖然降低樹(shù)脂濃度可使分散介質(zhì)本身的黏度降低，顏料填充量可以提高，但這樣的分散體系并不穩(wěn)定，不能用于實(shí)際生產(chǎn)。

如果使用好的分散劑，分散體系在較低的樹(shù)脂濃度下即可穩(wěn)定，從而使研磨基料中的顏料填充量大大提高，分散劑的溶劑化鏈在介質(zhì)中所產(chǎn)生的空間屏障，降低了粒子之間的吸力，大大降低了研磨黏度，這也是顏料填充量得以提高的原因之一。

在分散劑作用下，顏料填充量的提高幅度隨分散體系的不同而有別，但在調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)保持研磨基料具有適中的黏度。

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顏料穩(wěn)定性理論顏料分散體的穩(wěn)定性，基本上有2種機(jī)理：靜電穩(wěn)定性及位足穩(wěn)定性，這2種機(jī)理都必須分子吸附顏料表面。

二、分散劑使用方法及用量：

分散劑的用量太少，分散劑不能展現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)，過(guò)多的用量也會(huì)影響研磨的穩(wěn)定性。這主要由于因?yàn)檫^(guò)于擁擠的分散劑在顏料表面不能完全把分散劑的溶劑化鏈充分伸展開(kāi)來(lái)，另外大量的游離分散劑會(huì)對(duì)涂膜產(chǎn)生負(fù)面影響。

在實(shí)際操作過(guò)程中可先按理論規(guī)則計(jì)算分散劑的大致用量，然后以此為中點(diǎn)上下浮動(dòng)，觀察分散體系的黏度、涂膜光澤和著色力等性能指標(biāo)隨分散劑用量的變化關(guān)系，當(dāng)分散劑用量適中時(shí)，分散體系的黏度具有明顯的極小值同時(shí)涂膜的光澤和著色力有極大值。

1顏料的形態(tài)及粒徑

在涂料中，顏料大多被制成懸浮液使用。

顏料的粒徑范圍分布很寬，一般從0.05μm到1 mm之間。但研究表明，當(dāng)顏料的粒徑在0.05 ~ 0.50μm之間時(shí)，具有******的著色力、光澤、遮蓋力和耐候性等。圖1顯示了不同顏料粒徑的對(duì)比。

顏料制造過(guò)程中形成的最小粒子稱為原始粒子，它以單晶體或者一組晶體存在，粒徑非常小。而原始粒子之間以面和面相結(jié)形成的團(tuán)塊，稱為聚集體，聚集體比較緊密，一般的分散設(shè)備很難將其分散成原始粒子。而原始粒子和聚集體通過(guò)范德華力結(jié)合在一起，形成的較大顏料粒狀團(tuán)塊，稱為附聚體。附聚體粒子之間以點(diǎn)、邊、角相接觸，粒子間作用力小，可通過(guò)機(jī)械的力量將其分散成原始粒子或聚集體，見(jiàn)圖2。

我們希望顏料分散后成為原始粒子的懸浮液(理想狀況)，至少也是聚集體和原始粒子的懸浮液。但體系的趨勢(shì)是從高能態(tài)恢復(fù)到低能狀態(tài)，故以微細(xì)顆粒分布的顏料容易聚集成絮凝體。從結(jié)構(gòu)上看，絮凝體與附聚體非常相似，但絮凝體中顏色之間是樹(shù)脂溶液而不是空氣。分散劑的存在會(huì)阻止或減緩絮凝的發(fā)生。

2顏料的分散過(guò)程

顏料的分散過(guò)程由潤(rùn)濕、分散、穩(wěn)定3個(gè)步驟組成。潤(rùn)濕過(guò)程中，顏料表面的的空氣和水氣被樹(shù)脂溶液所替換，固/氣兩相(顏料/空氣)被轉(zhuǎn)換成固/液兩相(顏料/樹(shù)脂溶液)。分散劑尤其是低分子型的潤(rùn)濕分散劑能加快潤(rùn)濕的過(guò)程。分散過(guò)程中，主要依靠機(jī)械能作用(沖擊和剪切力)，顏料的團(tuán)聚態(tài)被打碎成較小的微粒，成為分散狀態(tài)(均勻分布)。第三步是穩(wěn)定的過(guò)程，分散劑用于保持顏料分散狀態(tài)的穩(wěn)定，阻止失控的絮凝，并依據(jù)顏料表面所吸附的黏結(jié)劑種類和分子結(jié)構(gòu)，促使懸浮液獲得穩(wěn)定狀態(tài)。分散劑尤其是高分子分散劑對(duì)顏料粒子的穩(wěn)定起了很大的作用。

3分散劑的作用

分散劑在涂料生產(chǎn)中發(fā)揮了非常重要的作用。分散體系的穩(wěn)定能避免諸多的涂料問(wèn)題及漆膜弊病，如果配方合理，適量地添加分散劑能夠有效降低成本，改善涂料性能。

3.1提升光澤，增加流平效果

有試驗(yàn)表明，完全相同的配方，采用不同的分散劑，得出的漆膜光澤會(huì)有明顯的差別。例如，在某黑色卷材涂料體系中，不同的3種分散劑制得的涂料涂膜的20°光澤分別是69.7%、81.5%、77.1%。如果所采用的分散劑不恰當(dāng)，顏色絮凝后變粗，其對(duì)光澤所起的作用類似于消光粉，自然會(huì)影響光澤。

3.2防止浮色發(fā)花

防止浮色發(fā)花，是大家所熟知的分散劑的作用之一。選用合適的分散劑，無(wú)論是罐內(nèi)浮色發(fā)花還是漆膜的浮色發(fā)花，都可以得到改善或消除。圖3顯示的是采用不同的分散劑制得的藍(lán)漆與白漆按相同比例混合均勻后所得出的罐內(nèi)浮色發(fā)花的結(jié)果。還有些分散劑，例如SN-2004，是受控絮凝類的分散劑，分子鏈中含有一些羧基基團(tuán)，與顏料親和的同時(shí)，還會(huì)互相形成氫鍵，從而使顏料粒子穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)防浮色發(fā)花的效果。

3.3提高著色力

顏料分散和穩(wěn)定得更好，其著色力會(huì)明顯加強(qiáng)。圖4顯示的是采用不同的分散劑分散的黑漿，與白漆按相同的比例混合后的涂膜結(jié)果，可以明顯看出其著色力的差別。

3.4降低黏度，增加顏料載入量

采用合適的分散劑，所得的色漿黏度會(huì)明顯降低。這樣可以增加顏料的載入量，提高生產(chǎn)效率。圖5是采用不同分散劑分散的大紅色漿的黏度對(duì)比。

3.5減少絮凝，增加施工性和使用性

許多人在評(píng)估分散劑時(shí)，都會(huì)做指研試驗(yàn)。如果分散劑搭配不恰當(dāng)，指研的區(qū)域與未指研的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生明顯的色差，絮凝后的顏料著色力會(huì)下降，這給調(diào)色及涂料施工都帶來(lái)困難。采用流板試驗(yàn)，也能觀察到色漿的絮凝與否。

3.6防止返粗，增加貯存穩(wěn)定性

如果選用不合適的分散劑，色漿發(fā)生返粗或因絮凝而產(chǎn)生顏色的變化，都不是大家所希望的。除樹(shù)脂體系外，分散劑是影響涂料貯存穩(wěn)定性的重要因素。分散不佳的色漿會(huì)發(fā)生返粗、沉降及著色力下降。

3.7增加展色性和顏色飽和度

分散劑的這個(gè)作用最易為大家所忽略。有實(shí)例表明，采用不同的分散劑分散相同的顏料，其色相及飽和度會(huì)有明顯差別。通常來(lái)說(shuō)，分散得越好，飽和度會(huì)越高(如果是碳黑，則是分散得越好，L值越低，黑度越高)。

3.8增加透明度(有機(jī)顏料)或遮蓋力(無(wú)機(jī)顏料)

對(duì)于鋁粉漆來(lái)說(shuō)，會(huì)希望色漿的透明性越高越好。而針對(duì)素色漆，又希望色漿的遮蓋力越高越好。其實(shí)這與顏料粒徑有關(guān)。有資料顯示，除折射率外，顏料粒徑分布是透明度的另一重要因素。粒徑增加，散射光線能力增強(qiáng)，直到******值，然后開(kāi)始下降。這種散射光線的能力增強(qiáng)了顏料的遮蓋力，散射能力最強(qiáng)時(shí)達(dá)到******，粒徑繼續(xù)增加遮蓋力則會(huì)下降。而當(dāng)顏料粒徑低于某個(gè)值時(shí)，隨著粒徑的下降，透明度會(huì)增加。分散劑不能改變顏料本身的特性，但能控制顏料粒徑分布，達(dá)到更理想的顏色效果。

圖6顯示的紅色顏料采用不同分散劑分散后透明度的比較。

3.9提高研磨效率，降低生產(chǎn)成本

潤(rùn)濕分散劑的潤(rùn)濕功能使顏料表面的空氣和水能更快速地被研磨介質(zhì)的液體所取代，同時(shí)使分散階段所取得的顏料初級(jí)粒子的分離得以保持和控制。這些都提高了研磨效率，降低了能耗和人力成本。

3.10防止沉降

許多人想當(dāng)然地認(rèn)為防沉必須依靠防沉劑，其實(shí)這是片面的。研磨好的色漿如果產(chǎn)生絮凝，顏料粒子變大，密度增加，就會(huì)很快沉降。選用了合適分散劑的色漿可以少加甚至不需要添加防沉劑。筆者曾經(jīng)做過(guò)70%的鈦白粉無(wú)樹(shù)脂色漿，其黏度很低(91.1 mPa·s，剪切速率為10 s-1)，未加入任何防沉劑，經(jīng)過(guò)15 d的熱貯存(40℃)及室溫放置3個(gè)月，均無(wú)任何沉淀產(chǎn)生。分散劑的防沉作用顯然對(duì)涂料的貯存穩(wěn)定性也有幫助。

4分散劑的基本結(jié)構(gòu)及類型

分散劑又稱濕潤(rùn)分散劑，它除具有濕潤(rùn)作用外，其活性基團(tuán)一端能吸附在粉碎成細(xì)小微粒的顏料表面，另一端溶劑化進(jìn)入漆基形成吸附層(吸附基越多，鏈節(jié)越長(zhǎng)，吸附層越厚)，產(chǎn)生電荷斥力(水性涂料)或熵斥力(溶劑型涂料)，使顏料粒子長(zhǎng)期分散懸浮于漆基中，避免再次絮凝，因而保證制成的色漆體系的貯存穩(wěn)定。

分散劑有很多種，初步估算，現(xiàn)存世界上有1 000多種物質(zhì)具有分散作用?，F(xiàn)按其結(jié)構(gòu)來(lái)區(qū)分，可分為以下7種類型。

4.1陰離子型潤(rùn)濕分散劑

大部分是由非極性帶負(fù)電荷的親油的碳?xì)滏湶糠趾蜆O性的親水的基團(tuán)構(gòu)成。2種基團(tuán)分別處在分子的兩端，形成不對(duì)稱的親水親油分子結(jié)構(gòu)。它的品種有：油酸鈉C17H33COONa、羧酸鹽、硫酸酯鹽(R—O—SO3Na)、磺酸鹽(R—SO3Na)等。陰離子分散劑相容性好，被廣泛應(yīng)用于水性涂料及油墨中。多元羧酸聚合物等也可應(yīng)用于溶劑型涂料，并作為受控絮凝型分散劑廣泛使用。

4.2陽(yáng)離子型潤(rùn)濕分散劑

是非極性基帶正電荷的化合物，主要有胺鹽、季胺鹽、吡啶鎓鹽等。陽(yáng)離子表面活性劑吸附力強(qiáng)，對(duì)炭黑、各種氧化鐵、有機(jī)顏料類分散效果較好，但要注意其與基料中羧基起化學(xué)反應(yīng)，還要注意不要與陰離子分散劑同時(shí)使用。

4.3非離子型潤(rùn)濕分散劑

在水中不電離、不帶電荷，在顏料表面吸附比較弱，主要在水系涂料中使用。主要分為乙二醇性和多元醇型，降低表面張力和提高潤(rùn)濕性。與陰離子型分散劑配合使用作為潤(rùn)濕劑或乳化劑，廣泛應(yīng)用于水性色漿、水性涂料及油墨中。

4.4兩性型潤(rùn)濕分散劑

是由陰離子和陽(yáng)離子所組成的化合物。典型應(yīng)用的是磷酸酯鹽型的高分子聚合物。這類聚合物酸值較高，可能會(huì)影響層間附著力。

4.5電中性型潤(rùn)濕分散劑

分子中陰離子和陽(yáng)離子有機(jī)基團(tuán)的大小基本相等，整個(gè)分子呈現(xiàn)中性，但卻具有極性。如油氨基油酸酯C18H35NH3OOCC17H33等均屬于這種類型，在涂料中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

4.6高分子型超分散劑

高分子型分散劑最為常用，穩(wěn)定性也******。高分子型分散劑也分為多己內(nèi)多酯多元醇-多乙烯亞胺嵌段共聚物型分散劑、丙烯酸酯高分子型分散劑、聚氨酯或聚酯型高分子分散劑等，由于它們的錨定基團(tuán)一頭與樹(shù)脂纏繞吸附，另一頭又與顏料粒子包附，因此貯存穩(wěn)定性是比較好的。

4.7受控自由基型超分散劑

采用最新的受控自由基聚合技術(shù)(CFPP)，可以使分散劑的結(jié)構(gòu)更為規(guī)整。常用的方法有：GTP、ATRP(原子轉(zhuǎn)移自由基聚合)、RAFT(可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移可控自由基聚合，包括C-RAFT及S-RAFT等)、NMP、SFRP(穩(wěn)定自由基聚合)、TEMPO等。通過(guò)采用受控自由基聚合技術(shù)，可以使分散劑的相對(duì)分子質(zhì)量分布更為集中，錨定基團(tuán)也更為集中，效率更高。

5結(jié)語(yǔ)

要使顏填料在涂料體系中完全發(fā)揮作用，分散劑的應(yīng)用與合理選擇是必須的。而在分散顏料之前，又必須對(duì)顏料及分散劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解。很多涂料技術(shù)人員或管理人員會(huì)認(rèn)為，添加分散劑會(huì)增加成本，但其實(shí)不然。穩(wěn)定的顏填料漿體系，能避免很多后續(xù)的問(wèn)題。從綜合的結(jié)果來(lái)看，合理地篩選分散劑并添加合適的量，是可以節(jié)省成本，并大幅度提升涂料的性能的。