潤(rùn)濕分散劑的分類特性與應(yīng)用

1、潤(rùn)濕分散劑的分類特性與應(yīng)用摘要：論述了不同類別潤(rùn)濕分散劑的基本組成和應(yīng)用特性，討論了各種潤(rùn)濕分散劑在不同涂料中所應(yīng)遵循的規(guī)則和選擇方法。共討論了八大類涂料工業(yè)常用的一些潤(rùn)濕分散劑品種。關(guān)鍵詞：潤(rùn)濕分散劑、高分子分散劑潤(rùn)濕與分散是涂料制備的重要工藝過(guò)程。由于涂料品種的多樣性，所使用的相關(guān)分散助劑也是品種繁多。市場(chǎng)上眾多供應(yīng)商提供了各具特色的品牌助劑，令人眼花繚亂。由于涂料助劑大多價(jià)格不菲，取舍之間更有著經(jīng)濟(jì)上的意義。因此，有必要對(duì)助劑的選擇問(wèn)題作一深入淺出的探討，達(dá)到整體把握的目的。不過(guò)，試圖將潤(rùn)濕分散劑從化學(xué)上加以分類是困難的。原因是不同品牌的產(chǎn)品，其組成、結(jié)構(gòu)差別非常大。從實(shí)際應(yīng)用需要，運(yùn)用

2、物理化學(xué)原理和方法，對(duì)其進(jìn)行大致分類則是可能和有意義的?？疾鞚?rùn)濕分散劑的分類特性，宜從應(yīng)用范圍（主要是相容性問(wèn)題）、極性、離子性以及分子量特征等方面進(jìn)行。大的方面，按應(yīng)用領(lǐng)域分為水性與油性以及通用型分散劑。功能上又區(qū)別為潤(rùn)濕劑和分散劑。實(shí)際上，這一區(qū)分帶有很大的隨意性；因?yàn)闈?rùn)濕與分散根本就是一個(gè)統(tǒng)一連續(xù)的過(guò)程。1.0水性潤(rùn)濕分散劑11潤(rùn)濕劑都是一些低分子量（1500）的界面活性劑。主要作用是降低體系的界面張力；一般可在室溫下把水溶液的表面張力從72達(dá)因/厘米，降至40達(dá)因/厘米以下。從而利于分散劑對(duì)顏料的作用。微觀上，是促進(jìn)顏料的可潤(rùn)濕性，使分散劑易于在顏料表面鋪展而結(jié)合，形成所謂的錨固關(guān)系。

3、另一方面，潤(rùn)濕劑這種降低體系表面張力的作用，還是涂料施工必不可少的性能。因?yàn)?，高表面張力的涂料不易在基面上涂覆，易于出現(xiàn)流平不良等缺陷。應(yīng)用于涂料配方中的潤(rùn)濕劑，有別于乳液合成用的表面活性劑。后者以離子型居多，而前者主要是非離子型的酚基或烷基聚氧乙烯類。潤(rùn)濕劑的HLB值是衡量極性大小的重要參數(shù)。一般供應(yīng)商可以提供這類數(shù)據(jù)。HLB值高則水溶性好，反之，則活性大。需要恰當(dāng)把握。且過(guò)高的HLB易于導(dǎo)致涂料對(duì)商品色漿的接受性變差。易于出現(xiàn)浮色、發(fā)花等涂料質(zhì)量和施工缺陷1。色漿與基礎(chǔ)涂料之間HLB差距過(guò)大，可能是水性涂料調(diào)色故障的主要原因。另外，泡沫的產(chǎn)生對(duì)涂料制造也是個(gè)敏感的問(wèn)題。理論上，有一些計(jì)算已

4、知結(jié)構(gòu)表面活性劑HLB值的方法2。有必要指出的是，鈉鹽或鉀鹽型分散劑的HLB值可能超過(guò)30以上。而合適的HLB值應(yīng)該在20以下。遺憾的是，準(zhǔn)確測(cè)定助劑HLB值還是相當(dāng)困難的。簡(jiǎn)單測(cè)定助劑HLB的方法列于表1。將少量助劑與水相混，觀察產(chǎn)生的現(xiàn)象，大致評(píng)價(jià)出HLB的范圍2表1水分散法測(cè)定助劑的HLB值HLB范圍分散性質(zhì)56不穩(wěn)定，或分散不良78經(jīng)強(qiáng)烈搖蕩后呈乳狀分散910穩(wěn)定的乳狀分散體1113半透明或灰色分散體13清澈透明溶液一個(gè)提外的問(wèn)題是，廣泛使用的烷基酚類聚氧乙烯醚（AEO）活性劑由于確切的生殖損傷毒性而被列入應(yīng)淘汰化學(xué)品。12水性分散劑市面上廣泛使用的水性分散劑經(jīng)歷了一個(gè)逐步升級(jí)換代的過(guò)

5、程。目前，曾廣泛使用的卵磷脂類和無(wú)機(jī)磷酸鹽/酯類，如：KTPP（三聚磷酸鉀）、TKPP（焦磷酸四鉀）等聚電解質(zhì)類分散劑，由于其生物性缺陷（促進(jìn)微生物滋生）以及高電解質(zhì)濃度的副作用，正在被淘汰。新一代的水性分散劑大致可分為以下五類。A水溶性高分子聚電解質(zhì)類，以聚丙烯酸的鹽（鈉，鉀，銨）類為代表。屬?gòu)?qiáng)離子性。商品形式多為20-30%的水溶液；其金屬鹽有的制備成固體粉末。大部分易溶于水，無(wú)味。依靠在顏料表面產(chǎn)生電位的靜電斥力作用使顏料分散。聚合度在1218之間具優(yōu)良的分散能力。主要用于無(wú)機(jī)顏料的分散?？杉眲〗档脱心チ系恼扯?。但形成的色漿具觸變性；由于離子濃度大，分散體的穩(wěn)定性并不好。且HLB值偏高，

6、初期對(duì)顏料的潤(rùn)濕差，需潤(rùn)濕劑的密切配合。涂料的色漿接受性差；易于出現(xiàn)調(diào)色障礙(商品色漿主要用HLB值較低的高分子助劑制造)。但價(jià)格便宜，用于白漆制備，添加量低。不適合基礎(chǔ)漆的制備。B親水性丙烯酸酯共聚物，離子濃度大大降低。研磨料既有適宜的剪切力，又形成粘度穩(wěn)定的分散體。對(duì)分散無(wú)機(jī)顏料非常適合。其結(jié)構(gòu)多含有聚氧乙烯、磺酸基等接枝單元。除具靜電斥力穩(wěn)定機(jī)制外，尚依賴空間位阻使分散體得以穩(wěn)定。由于HLB值適中，配漆性能良好。C線性大分子離子型或非離子化合物。大部分為聚氧乙烯類活性劑。由于分子量低，聚集態(tài)易于流動(dòng)。商品形式多為100%或85%等高組成。具一端高密度活性基團(tuán)結(jié)構(gòu)3的品種用于無(wú)機(jī)顏料的分散

7、性能優(yōu)良。用于有機(jī)顏料和碳黑的品種具一端平面大鍵環(huán)結(jié)構(gòu)或親顏料基團(tuán)4。此類助劑HLB與B類相似。但屬水溶性?？赡軙?huì)從涂膜中游離，有損涂層的理化性能。也有疏水性的此類助劑，給人以較為安全的印象。D疏水性共聚物分散劑大部分也是丙烯酸類，但基本不顯示離子性。有的含有胺類接枝單元等。以空間位阻和有效錨固基團(tuán)作用穩(wěn)定顏料。HLB值低，制備顏料漿時(shí)提供適宜的剪切力環(huán)境，既適宜分散無(wú)機(jī)顏料，又可分散有機(jī)顏料和碳黑。是水性分散劑的開(kāi)發(fā)方向。雖然其用量較大（可為離子性助劑的數(shù)倍），但同時(shí)作為載體樹(shù)脂，所得顏料漿具優(yōu)良的展色性和穩(wěn)定性。又由于不可逆的水溶性和高分子量，可作為成膜物看待，不會(huì)產(chǎn)生副作用。E用于陰極電

8、泳涂料的陽(yáng)離子型共聚物分散劑，如丙烯酸共聚體接枝PU5，主要用于工業(yè)在線涂料。不宜與陰離子助劑復(fù)配。實(shí)踐中，往往要試驗(yàn)一下助劑的水復(fù)溶性，以決定是否適用于耐水涂層場(chǎng)合。將助劑在5070烘干，再用水試驗(yàn)溶解性。結(jié)果可出現(xiàn)三種情況：溶解，乳濁，不溶。分別代表：水溶性，親水性，疏水性。水性分散劑除以上分析的一般特性外，尚需關(guān)注它們?cè)谕苛吓浞浇M成的協(xié)調(diào)性。除前已述及的基礎(chǔ)涂料對(duì)色漿的接受性，還應(yīng)考察它們對(duì)增稠系統(tǒng)的影響。已經(jīng)證實(shí)，分散劑的高電解質(zhì)濃度對(duì)增稠過(guò)程和涂料光澤是不利的。而親水的或疏水的高分子共聚物類分散劑傾向于加強(qiáng)和穩(wěn)定增稠系統(tǒng)的作用并且改善涂料的光澤5。另外，B、D類共聚物分散劑無(wú)需潤(rùn)濕劑

9、配合。20溶劑型潤(rùn)濕分散劑由于有機(jī)介質(zhì)普遍具有低的表面張力，因此，在這一領(lǐng)域使用的潤(rùn)濕劑，毋寧說(shuō)也是分散劑，只不過(guò)它們的分子量低，不能形成穩(wěn)定的分散體，需要與高分子分散劑配合使用才能發(fā)揮他們獨(dú)有的作用。溶劑型涂料，涉及的介質(zhì)極其復(fù)雜而廣泛，不僅因其溶劑種類，更因其成膜物質(zhì)的特性而要求在相容性原則下，選擇不同組成特性的分散劑。所以形成了品種眾多的分散劑系列。就一般分類看，也象水性助劑那樣有離子型、非離子型、尚有相當(dāng)數(shù)量的具有陽(yáng)離子結(jié)構(gòu)特征的產(chǎn)品。分子量從數(shù)百量級(jí)的普通大分子以及數(shù)萬(wàn)量級(jí)的高分子組成。只不過(guò)，在溶劑型涂料中，由于介質(zhì)普遍不象水那樣具有高介電常數(shù)，所以離子性作為其特征并不具太大意義。

10、溶劑型涂料所使用的分散劑，主要依賴于其提供體系的錨固作用和空間位阻。21溶劑型涂料用低分子量分散劑此類助劑又稱傳統(tǒng)型分散劑，顧名思義，這是化學(xué)上最早開(kāi)發(fā)的一類產(chǎn)品，也是現(xiàn)代高分子分散劑的前身。分子量介于4002000之間。主要是線型烷基酰胺類或枝型多聚羧酸、或是多聚羧酸與多元胺組成的低聚物，非離子型居多。不會(huì)向涂層引入親水性，機(jī)理上是多元酸的羧基緊密排列在基面（如：金屬）上，疏水一端向外，排列成疏水層。因?yàn)檫@一特性而被用于防腐、防銹涂料中。缺點(diǎn)是分子量低，不能形成有效的位阻空間。不適宜分散有機(jī)顏料和高色素碳黑。所能達(dá)到的細(xì)度值和流動(dòng)性有限。用于工業(yè)涂料也有泛黃傾向。但它們的低極性特征，使能溶于

11、脂肪烴類溶劑。因而，廣泛適用于傳統(tǒng)油漆以及溶劑型丙烯酸建筑涂料中。22溶劑性涂料用高分子分散劑又稱超分散劑，是現(xiàn)代分散劑的主流設(shè)計(jì)方向。前已述及，在溶劑型涂料中介質(zhì)的低介電常數(shù)使得靜電斥力機(jī)制不能發(fā)揮作用。為了穩(wěn)定顏料的分散，特別是有機(jī)顏料和碳黑，必須開(kāi)發(fā)高分子量的結(jié)構(gòu)組成。使空間位阻成為主要作用方式。大體上，高分子分散劑有以下三類：F.聚酯主鏈結(jié)構(gòu)的活性衍生物。典型6的結(jié)構(gòu)如：T（OACO）nPZPR式中：AC820線型亞烷基或鏈烯基T-H或鏈終止基團(tuán)Z-多元胺或聚亞胺的殘基,n=2-10,p2其中T(OACO)p:Z=5:120:1(w/w)聚酯類分散劑可用于中高極性的工業(yè)涂料和粉末涂料7

12、。G聚氨酯類這是目前開(kāi)發(fā)較為成熟的一類高分子分散劑。其特征是在分子鏈中，均勻分布著一系列的氨基甲酸酯基團(tuán)或鏈段；或者是分布于接枝的側(cè)鏈上8。并以叔胺和環(huán)結(jié)構(gòu)為錨固基團(tuán)。適用于中高極性系統(tǒng)各種顏料的分散。性能較為全面；形成的色漿粘度低，展色優(yōu)異。在溶劑型涂料中，唯一對(duì)顏料分散提出苛求的品種是汽車(chē)涂料等工業(yè)涂料。使用最高等級(jí)的色素碳黑和有機(jī)顏料。所使用的介質(zhì)也以含氧溶劑為主。普通中、低分子量分散劑難以勝任這種場(chǎng)合。PU型高分子分散劑出色應(yīng)對(duì)了這種需要。然而，不僅由于此類助劑成本較高，還由于它的高極性，不適合用于低極性涂料品種。因?yàn)?，在普通烴類溶劑中不能很好溶解。分子鏈不能有效的被溶劑化以形成空間位

13、阻。H接枝丙烯酸共聚物由于存在游離的羧基等，也用于水性系統(tǒng)。高分子量。分散能力略遜于PU分散劑。但穩(wěn)定性同樣好；價(jià)格適中。適用范圍廣。普通工業(yè)涂料，從低極性到高極性均可應(yīng)用。上述二類高分子分散劑構(gòu)成了當(dāng)今分散劑的代表品種。尚在開(kāi)發(fā)特殊結(jié)構(gòu)的分散劑組成。如，根據(jù)親顏料基團(tuán)要求設(shè)計(jì)的具有類似顏料結(jié)構(gòu)特征的分散劑9等。不斷有新產(chǎn)品問(wèn)世。高分子分散劑的主要應(yīng)用技術(shù)，是建立與之相適應(yīng)的極性體系。因?yàn)?，極性相似的體系意味著更多熱力學(xué)相容的機(jī)會(huì)。從而能夠使助劑很好溶于涂料，起到穩(wěn)定分散狀態(tài)的作用。保證相容性也是涂膜光澤的重要條件。但是，也要防止溶劑與助劑過(guò)分強(qiáng)烈的相互作用。以免發(fā)生助劑從顏料表面脫吸附。一般

14、無(wú)機(jī)顏料例如普通氧化鐵,中鉻黃,鉬鉻紅,填料,等,評(píng)估分散劑的方法最容易,就是看降黏.這類顏料本來(lái)絮凝性就較低,一旦解開(kāi)就搞定.但是在制復(fù)色漆時(shí),我們經(jīng)常被迫放棄最強(qiáng)的潤(rùn)濕劑,反而選用控制絮凝性的潤(rùn)濕劑(A5066),來(lái)遷就老是絮凝的有機(jī)/炭黑衣避免浮色。鈦白*一般無(wú)機(jī)顏料看待，因?yàn)樗袝r(shí)候需要100%解絮凝，為了拿到純白高檔面漆；有時(shí)又像上面說(shuō)的要控制，避免浮色。這也是遍地A4010的原因，因?yàn)锽110/A5010降黏很強(qiáng)適合制純白，但是易起調(diào)色沖突而分色；A4010則兩點(diǎn)兼顧得較好?；谏厦鎯煞N不同的目標(biāo)，評(píng)估也不同了。純白面漆，建議也是做流板測(cè)試（12秒黏度下淋涂），看20度光澤。如果這

15、樣測(cè)試通過(guò)，你的白漆儲(chǔ)存穩(wěn)定，鮮映性，施工適應(yīng)性（例如汽車(chē)漆靜電線噴涂，卷材漆低黏度輥涂，等這些涂裝線是白漆毒藥）都能通過(guò)。但是！這個(gè)色漿不保證調(diào)色不浮色！調(diào)復(fù)色時(shí)多半必須忍痛割愛(ài)，放點(diǎn)5066/P104之類，這時(shí)如果你流板，是霧影的就對(duì)了。重點(diǎn)還是有機(jī)顏料?；谂c絮凝對(duì)抗的原則，流板法是最常用的評(píng)估方法（可得到光澤和鮮映性）。另一個(gè)可以用的是顏色擴(kuò)展法。標(biāo)準(zhǔn)白色中調(diào)入有機(jī)顏料色漿制得色漆，熱儲(chǔ)存（一般50C），一周到八周自定。出來(lái)后色漆一分為二，一半放入玻璃珠再次砂磨2小時(shí)，然后兩邊比色差。顏色擴(kuò)展是更加嚴(yán)格的指研測(cè)試，適用于高端的汽車(chē)修補(bǔ)色母，嚴(yán)格要求的印鐵等輥涂線。以上兩個(gè)方法主要評(píng)估的

16、是顏料分散體在體系的穩(wěn)定性。但是這個(gè)顏料分散體本身究竟對(duì)還是不對(duì)，是一個(gè)相當(dāng)微觀的問(wèn)題，這時(shí)我們面對(duì)的是微觀粒徑分布問(wèn)題，許多人討論的酞藍(lán)的側(cè)面色相，炭黑的藍(lán)相，等等均屬有機(jī)顏料，炭黑的散射色相，其目標(biāo)本質(zhì)是0.05-0.5微米范圍內(nèi)顏料分散體的分布，例如哥倫比亞炭黑公司報(bào)告是0.07微米級(jí)別的炭黑顆粒提供了炭黑的散射藍(lán)相，小于此粒徑的提供紅棕色相。那么除了配備電鏡，或做激光粒度分布，我們的日常工作只能是目測(cè)其色相了，這需要經(jīng)驗(yàn)。分散劑不同，有機(jī)顏料色相有相當(dāng)大的差異，Solsperse產(chǎn)品當(dāng)年一炮走紅就是因?yàn)樗腇W200的藍(lán)相。對(duì)此我能給的建議就是先制純單色色漆，在透明底材/黑白卡紙/兩種

17、底材上觀察其色相或與標(biāo)樣比照。透明底材可以看清正透射，黑底能把散射/干涉表現(xiàn)出來(lái)而吸收掉正透射色光。這樣就能比照每個(gè)批次麻煩的有機(jī)顏料色相，確定其分散好壞了。一個(gè)典型的例子是納米二氧化鈦，可以比較黑底上的藍(lán)相深淺來(lái)確定哪個(gè)樣品是對(duì)的。同理用于其它有機(jī)顏料。色相的評(píng)估在高端的汽車(chē)面漆中成為篩選分散劑的重要手段，也就是說(shuō)，如果這個(gè)有機(jī)色相（例如正蘭側(cè)紫）對(duì)了，即便黏度高點(diǎn)，也應(yīng)該用正確色相的分散劑，如果有浮色，調(diào)整旁的部分來(lái)適應(yīng)它，因?yàn)樯⑸渖嗳斯さ醪怀龅?，?dāng)年汽巴著名的A3B當(dāng)?shù)溃瑤状箢伭瞎究巳R恩，DIC，拼命想用現(xiàn)有的有機(jī)紅拼出一個(gè)一樣的，就是散射色相不對(duì)，不是A3B高級(jí)而是散射極難調(diào)。既然

18、分散劑能夠影響它，那么這一點(diǎn)就是很關(guān)鍵的評(píng)估因素了。所以評(píng)估有機(jī)顏料，炭黑的黑度，透鐵的透明度，常規(guī)測(cè)試之后就都是需要積累經(jīng)驗(yàn)的練眼了。練好了，一眼看去，就大概知道哪個(gè)分散劑是對(duì)的。至于細(xì)度摔得快不快之類，不應(yīng)該是選擇分散劑的主要因素。分散劑是一種在分子內(nèi)同時(shí)具有親油性和親水性兩種相反性質(zhì)的界面活性劑。可均一分散那些難于溶解于液體的無(wú)機(jī)，有機(jī)顏料的固體顆粒，同時(shí)也能防止固體顆粒的沉降和凝聚，形成安定懸浮液所需的藥劑。分散劑的原理：大部分分散劑都是通過(guò)潤(rùn)濕、研磨與分散、偶聯(lián)和包裹穩(wěn)定的過(guò)程來(lái)達(dá)到分散顏填料的目的。而在水性涂料當(dāng)中，由于成本控制原因，又不能使用較貴的分散劑?，F(xiàn)在市場(chǎng)上用的大部分是屬于陰離子和非離子型的潤(rùn)濕分散劑。它們的原理就是低的表面張力，很快的潤(rùn)濕顏料粒子，再通過(guò)高的剪切力，如分散機(jī)、研磨機(jī)器等使顏料粒子形成一個(gè)半絮凝狀（或叫做可控絮凝）的分散體。分散良好的顏填料分散體和最佳涂料性能是同義語(yǔ)，二者密切相關(guān)，涂料的著色力，透明度，遮蓋力，表面光澤和流動(dòng)性常常被用來(lái)估計(jì)顏填料的分散程度;以下三點(diǎn)用評(píng)價(jià)分散劑的分散能力性能。（1）降低體系粘度（2）提高體系展色性(3)改善光澤。Dispersant(分散劑)