分散剂（Dispersant）是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。
颜料的分散过程以及分散剂的结构与作用
表面处理网讯0 引言
涂料广泛应用于我们的日常生活中对被涂件起到了保护装饰及特殊功能作用涂料主要由成膜物质（树脂）颜填料助剂和溶剂（或水）组成随着工业的发展与生活水平的提高颜料被越来越多地应用到涂料油墨工业当中以赋予更好的表观效果与染料不同颜料通常不溶于所使用的介质大多数情况下都是以聚集体的方式存在要得到好的着色力遮盖力及色度等必须将颜料的聚集体打开并保持稳定如果颜料没有分散好许多缺陷就有可能发生如絮凝失光颜色偏移浮色/发花沉淀等本文介绍了颜料及分散剂的结构以及分散剂在颜料分散时所起的作用
1颜料的形态及粒径
在涂料中颜料大多被制成悬浮液使用
颜料的粒径范围分布很宽一般从0.05μm到1mm之间但研究表明当颜料的粒径在0.05~0.50μm之间时具有最佳的着色力光泽遮盖力和耐候性等图1显示了不同颜料粒径的对比
颜料制造过程中形成的最小粒子称为原始粒子它以单晶体或者一组晶体存在粒径非常小而原始粒子之间以面和面相结形成的团块称为聚集体聚集体比较紧密一般的分散设备很难将其分散成原始粒子而原始粒子和聚集体通过范德华力结合在一起形成的较大颜料粒状团块称为附聚体附聚体粒子之间以点边角相接触粒子间作用力小可通过机械的力量将其分散成原始粒子或聚集体
我们希望颜料分散后成为原始粒子的悬浮液（理想状况）至少也是聚集体和原始粒子的悬浮液但体系的趋势是从高能态恢复到低能状态故以微细颗粒分布的颜料容易聚集成絮凝体从结构上看絮凝体与附聚体非常相似但絮凝体中颜色之间是树脂溶液而不是空气分散剂的存在会阻止或减缓絮凝的发生
2颜料的分散过程
颜料的分散过程由润湿分散稳定3个步骤组成润湿过程中颜料表面的的空气和水气被树脂溶液所替换固/气两相（颜料/空气）被转换成固/液两相（颜料/树脂溶液）分散剂尤其是低分子型的润湿分散剂能加快润湿的过程分散过程中主要依靠机械能作用（冲击和剪切力）颜料的团聚态被打碎成较小的微粒成为分散状态（均匀分布）第三步是稳定的过程分散剂用于保持颜料分散状态的稳定阻止失控的絮凝并依据颜料表面所吸附的黏结剂种类和分子结构促使悬浮液获得稳定状态分散剂尤其是高分子分散剂对颜料粒子的稳定起了很大的作用｜
3分散剂的作用
分散剂在涂料生产中发挥了非常重要的作用分散体系的稳定能避免诸多的涂料问题及漆膜弊病如果配方合理适量地添加分散剂能够有效降低成本改善涂料性能
3.1提升光泽增加流平效果
有试验表明完全相同的配方采用不同的分散剂得出的漆膜光泽会有明显的差别例如在某黑色卷材涂料体系中不同的3种分散剂制得的涂料涂膜的20°光泽分别是69.7%81.5%77.1%如果所采用的分散剂不恰当颜色絮凝后变粗其对光泽所起的作用类似于消光粉自然会影响光泽
3.2防止浮色发花
防止浮色发花是大家所熟知的分散剂的作用之一选用合适的分散剂无论是罐内浮色发花还是漆膜的浮色发花都可以得到改善或消除图3显示的是采用不同的分散剂制得的蓝漆与白漆按相同比例混合均匀后所得出的罐内浮色发花的结果还有些分散剂例如SN-2004是受控絮凝类的分散剂分子链中含有一些羧基基团与颜料亲和的同时还会互相形成氢键从而使颜料粒子稳定达到预防浮色发花的效果
3.3提高着色力
颜料分散和稳定得更好其着色力会明显加强图4显示的是采用不同的分散剂分散的黑浆与白漆按相同的比例混合后的涂膜结果可以明显看出其着色力的差别
3.4降低黏度增加颜料载入量
采用合适的分散剂所得的色浆黏度会明显降低这样可以增加颜料的载入量提高生产效率图5是采用不同分散剂分散的大红色浆的黏度对比
3.5减少絮凝增加施工性和使用性
许多人在评估分散剂时都会做指研试验如果分散剂搭配不恰当指研的区域与未指研的区域会产生明显的色差絮凝后的颜料着色力会下降这给调色及涂料施工都带来困难采用流板试验也能观察到色浆的絮凝与否
3.6防止返粗增加贮存稳定性
如果选用不合适的分散剂色浆发生返粗或因絮凝而产生颜色的变化都不是大家所希望的除树脂体系外分散剂是影响涂料贮存稳定性的重要因素分散不佳的色浆会发生返粗沉降及着色力下降
3.7增加展色性和颜色饱和度
分散剂的这个作用最易为大家所忽略有实例表明采用不同的分散剂分散相同的颜料其色相及饱和度会有明显差别通常来说分散得越好饱和度会越高（如果是碳黑则是分散得越好L值越低黑度越高）｜
3.8增加透明度（有机颜料）或遮盖力（无机颜料）
对于铝粉漆来说会希望色浆的透明性越高越好而针对素色漆又希望色浆的遮盖力越高越好其实这与颜料粒径有关有资料显示除折射率外颜料粒径分布是透明度的另一重要因素粒径增加散射光线能力增强直到最大值然后开始下降这种散射光线的能力增强了颜料的遮盖力散射能力最强时达到最大粒径继续增加遮盖力则会下降而当颜料粒径低于某个值时随着粒径的下降透明度会增加分散剂不能改变颜料本身的特性但能控制颜料粒径分布达到更理想的颜色效果
3.9提高研磨效率降低生产成本
润湿分散剂的润湿功能使颜料表面的空气和水能更快速地被研磨介质的液体所取代同时使分散阶段所取得的颜料初级粒子的分离得以保持和控制这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
许多人想当然地认为防沉必须依靠防沉剂其实这是片面的研磨好的色浆如果产生絮凝颜料粒子变大密度增加就会很快沉降选用了合适分散剂的色浆可以少加甚至不需要添加防沉剂笔者曾经做过70%的钛白粉无树脂色浆其黏度很低（91.1mPas剪切速率为10s-1）未加入任何防沉剂经过15d的热贮存（40℃）及室温放置3个月均无任何沉淀产生分散剂的防沉作用显然对涂料的贮存稳定性也有帮助
4分散剂的基本结构及类型
分散剂又称湿润分散剂它除具有湿润作用外其活性基团一端能吸附在粉碎成细小微粒的颜料表面另一端溶剂化进入漆基形成吸附层（吸附基越多链节越长吸附层越厚）产生电荷斥力（水性涂料）或熵斥力（溶剂型涂料）使颜料粒子长期分散悬浮于漆基中避免再次絮凝因而保证制成的色漆体系的贮存稳定
分散剂有很多种初步估算现存世界上有1000多种物质具有分散作用现按其结构来区分可分为以下7种类型
4.1阴离子型润湿分散剂
大部分是由非极性带负电荷的亲油的碳氢链部分和极性的亲水的基团构成2种基团分别处在分子的两端形成不对称的亲水亲油分子结构它的品种有油酸钠C17H33COONa羧酸盐硫酸酯盐（ROSO3Na）磺酸盐（RSO3Na）等阴离子分散剂相容性好被广泛应用于水性涂料及油墨中多元羧酸聚合物等也可应用于溶剂型涂料并作为受控絮凝型分散剂广泛使用
4.2阳离子型润湿分散剂
是非极性基带正电荷的化合物主要有胺盐季胺盐吡啶鎓盐等阳离子表面活性剂吸附力强对炭黑各种氧化铁有机颜料类分散效果较好但要注意其与基料中羧基起化学反应还要注意不要与阴离子分散剂同时使用
4.3非离子型润湿分散剂
在水中不电离不带电荷在颜料表面吸附比较弱主要在水系涂料中使用主要分为乙二醇性和多元醇型降低表面张力和提高润湿性与阴离子型分散剂配合使用作为润湿剂或乳化剂广泛应用于水性色浆水性涂料及油墨中｜
4.4两性型润湿分散剂
是由阴离子和阳离子所组成的化合物典型应用的是磷酸酯盐型的高分子聚合物这类聚合物酸值较高可能会影响层间附着力
4.5电中性型润湿分散剂
分子中阴离子和阳离子有机基团的大小基本相等整个分子呈现中性但却具有极性如油氨基油酸酯C18H35NH3OOCC17H33等均属于这种类型在涂料中应用相当广泛
4.6高分子型超分散剂
高分子型分散剂最为常用稳定性也最佳高分子型分散剂也分为多己内多酯多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物型分散剂丙烯酸酯高分子型分散剂聚氨酯或聚酯型高分子分散剂等由于它们的锚定基团一头与树脂缠绕吸附另一头又与颜料粒子包附因此贮存稳定性是比较好的
4.7受控自由基型超分散剂
采用最新的受控自由基聚合技术（CFPP）可以使分散剂的结构更为规整常用的方法有GTPATRP（原子转移自由基聚合）RAFT（可逆加成断裂链转移可控自由基聚合包括C-RAFT及S-RAFT等）NMPSFRP（稳定自由基聚合）TEMPO等通过采用受控自由基聚合技术可以使分散剂的相对分子质量分布更为集中锚定基团也更为集中效率更高
5结语
要使颜填料在涂料体系中完全发挥作用分散剂的应用与合理选择是必须的而在分散颜料之前又必须对颜料及分散剂的结构进行了解很多涂料技术人员或管理人员会认为添加分散剂会增加成本但其实不然稳定的颜填料浆体系能避免很多后续的问题从综合的结果来看合理地筛选分散剂并添加合适的量是可以节省成本并大幅度提升涂料的性能的
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