1超分散剂分子结构与作用机理

个人收集整理-ZQ 1 / 3 1超分散剂分子结构与作用机理 超分散剂分子结构与作用机理超分散剂的分子结构由两部分组成:一部分为锚固基团。常见的有 、 、 、 、 、 、 、多元胺、多元醇及聚醚等。它们通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用,紧紧地吸附在固体颜料表面,防止超分散剂脱附。另一部分为溶剂化键。常见的有聚酯、聚醚、聚烯烃以及聚丙烯酸酯等,它们按极性大小可分为三类: () 低极性聚烯烃链() 中等极性的聚酯链或聚丙烯酸酯链等;() 强极性的聚醚链。在极性匹配的分散介质中,链与分散介质具有良好的相容性,故在分散介质中采用比较伸展的构象,在固体颗粒表面形成足够厚度的保护层。超分散剂的上述结构与传统的表面活性剂型分散剂的两亲结构有类似之处,但又不完全相同,故存在作用机理上的差异,从而产生的稳定分散效果也不同。 () 在分子结构上的第一个改进是用锚固基团取代表面活性剂的亲水基团,并且可根据超分散粉体的表面性质进行选择,以保证超分散剂在固体颗粒表面上的牢固吸附,而这种吸附一般为不可逆吸附,很难解析。表面活性剂的亲水基团则一般仅为与水产生一定的亲和性而设计,在许多应用场合中的目的是与亲油基团一起满足形成胶囊的需要,对于它在颗粒表面吸附牢度的考虑则往往摆在次要位置上,故亲水基团易解析而导致颗粒絮凝,这在分散非极性或低极性固体颗粒(如炭黑及有机颜料)时表面最为明显。() 在分子结构上的第二个改进是以溶剂化链取代表面活性剂的亲油基团,且为聚合物链。其聚合单体根据分散介质的性质而定,以保证能在介质中充分伸展;链长度可通过改变聚合物分子量方便地进行调节,以保证超分散剂在固体颗粒表面形成足够厚度的保护层,这样当吸附有超分散剂的固体颗粒因范德华力相互作用时,由于吸附层之间的空间障碍而使颗粒相互弹开,从而实现固体颗粒在非水介质中的稳定分散.表面活性剂的亲油基团一般为烃链结构,主要是烷烃链,虽然与非极性及低极性有机溶剂具有较好的相容性,可充分伸展,但是因其太短(一般不超过个碳原子),所形成的吸附层厚度也是非常有限的。而对于中等极性或强极性有机介质而言,其相容性就更不理想了。烃链的伸展程度较差,这些对于主要依靠吸附层的立体屏障效应而实现稳定分散的非水分散体系来说,是非常不利的() 比表面活性剂除具有上述结构上的优势外,超分散剂既使与传统的聚合物型分散剂相比,其分子结构也存在明显优势。传统的聚合物型分散剂一般为无规聚合物,其吸附基团无规地分布在聚合物长链上,它在固体颗粒表面的吸附形态有卧形、环形和尾形三种,其中卧形吸附对空间位阻的贡献几乎为零,只有环形和尾形吸附才能形成有效的空间厚度,且尾形吸附对溶剂化链的链段利用率比环形吸附高倍以上。显然,由于环形和卧形吸附的存在,特别是卧形吸附的存在,大大降低了溶剂化链段的有效利用率,况且由于锚固基团的无规分布,同一分散剂上被溶剂化链隔开而相距较远的吸附基团又可以吸附在不同的固体颗粒表面,从而导致了颗粒之间的架桥絮凝。 传统聚合物型分散剂可能引起的架桥絮凝虑到这一不足,超分散剂一般被设计成具有单官能化聚合物、嵌段共聚物、锚固基团处于中央的型嵌段共聚物以及以锚固基团为背、以溶剂化链为齿的梳型共聚物四种分子构型,其锚固基团处于超分散剂分子链的同一端且紧密相连,相互之间没有足够的距离,故同一超分散剂的不同锚固基团不可能吸附到不同的固体颗粒表面上,从而有效地避免了架桥絮凝,同时正因为它的锚固基团紧密相连,所以若不考虑溶剂化链本身的吸附,它则只可能采取尾形吸附形态,从而大大提高了溶剂化链的链段有效利用率。 超分散剂结构分类与主要品种在超分散剂的两部分结构中,锚固基团虽然所占的比例很少(一般在 ～ ),但是其适用范围相对较广。按此分类如下() 含单个锚固基团的超分散剂适用于具有强极性表面的无机颜料及部分有机颜料。如钛白、氧化铁或铅铬酸盐等,由于其表面的天然极性使得它们能以离子对的形式与具有一定功能的锚固基团相互结合,这种离子对可产生机械力,故锚固基团通过此力得以牢固地吸附在颜料表面 () 含多个锚固基团的超分散剂,适用于低极性表面的有机颜粒及部分无机颜料。如较为复杂的多环有机颜料及炭黑,其表面无极性,必须找到锚固机械力来产生必要的吸附和空间稳定,而含多个锚固基团的超分散剂就能与其形成多个微弱锚固力.然而,溶剂化链是超分散剂分子结构的主要部分(占～ ) ,从其单元结构可以比较准确地判断其适用介质的范围。有些锚固基团特别是梳型超分散剂的大锚固基团,往往能同时适用多种粉体的吸附,而同一粉体的吸附有时又可以采用不同的锚固基团,甚至有些市售的超分散剂本身就是溶剂个人收集整理-ZQ 2 / 3 化链相同而锚固基团不同的超分散剂的混合物。这种现象淡化了锚固基团的结构特征,因此应按照溶剂化链的单元结构对超分散剂进行分类,。溶剂化链为聚羟基硬脂酸,极性较低,适用于非极性与低极性介质,特别是固体粉末在矿物油、溶剂油、液态石蜡、熔融聚烯烃等介质中的分散;又如 的溶剂化链为聚己内酯,极性中等,适用于固体粉末在芳香烃及大部分酮类及酯类溶剂中的分散。对于某些完全非极性或极性很低的有机颜料及部分炭黑,因不具备可供超分散剂锚固的活性基团,故不管使用何种超分散剂,分散效果均不明显,此时需要使用表面增效剂,实际上,表面增效剂是一种带有极性基团的颜料衍生物,其分子结构及物理化学性质与待分散颜料非常相似,因此它能通过分子间范德华力紧紧地吸附于有机颜料表面,同时通过其分子结构的极性基团为超分散剂锚固基团的吸附提供活性位。通过这种协同作用,超分散剂就能对有机颜料产生非常有效的润湿和稳定作用。）常见超分散剂与表面增效剂在颗粒表面的吸附形态的表面增效剂是和,前者为酞菁蓝衍生物,适用于酞青颜料(有机蓝、有机绿)及炭黑;后者为联苯胺黄衍生物,适用二芳基类颜料(有机黄、有机红) 及· 颜料绿。 分散剂须用量（）流动点测定法：用滴管向一定量的颜料颜料混合物中逐渐滴入分散剂的水溶剂，并用小刮刀仔细地研磨均匀，直至研磨后的颜料浆能从刮刀上流下为终点，计算颜料分数剂与颜料之比。（）加量曲线法：向一定量的颜料颜料混合物制成的很厚的水浆中，在搅拌下逐渐滴入较浓的颜料分数剂溶液，每加一次测一次粘度。作颜料分散剂的量粘度曲线，最低点为分散剂的最佳用量。（）浓度絮凝法：用一定量的颜料颜料混合物制成厚水浆，逐次加入颜料分散剂溶液，并混合均匀，直至从刮刀上可完全流完。在衬有黑色背景的玻璃板上滴离子型增稠剂，再加上一滴已分散的颜料浆。然后轻轻混合均匀。假如发生絮凝，则在颜料浆中再增加颜料分散剂，直至无絮凝发生，按颜料计算此点上的颜料分散剂用量，称之为值（浓度絮凝值）。 涂料分散体系稳定与否，归结一点是该分散体系的絮凝程度如何。在溶剂型涂料中如不加分散剂，树脂又不能在颜料表面上形成足够厚度的吸附层时，颜料就容易产生絮凝，严重者会形成沉淀结块。这就是涂料分散体系稳定性不好的基本原因。能够造成产品批次之间质量上的波动和色相上的差别，为了减少这种缺欠，可在颜料制造时进行表面改性处理，或者制漆时加添适当的润湿分散剂加以改善。()增加涂膜的光泽改善流平性涂膜的光泽是树脂基料决定的。添加过多的颜料，对光泽是不利的。由于颜料的加添能够在涂膜表面产生微小的粗糙度，这对光泽有极大的影响，如果颜料分散的颗粒比较细小，贮存稳定性好，不会产生大的絮凝粒子，那么涂膜表面的平整度较高，就不会因过高的散射而使涂膜光泽下降，同时也改善了流平性。这类润湿分散剂对于难分散的着色颜料尤为重要，它能使分散体系处于稳定状态，粘度比较低，能够显示出牛顿流动，例如联邦德国公司的——和等润湿分散剂就有这种功能。()降低色浆的粘度改善流动性在相同粘度下使用润湿分散剂，能够提高颜料的体积浓度，增加填充性，在相同的颜料体积浓度下可以降低分散体系的粘度，改善流动性。例如公司的，公司的，国产钛酸酯偶联剂系列产品都有此功能。()提高涂料贮存的稳定性涂料贮存稳定性完全取决于颜料分散的质量。如果颜料分散不好，会产生沉淀，造成浮色、发花、着色度下降、涂料的流变性也会发生变化。其原因与树脂基料和溶剂的比例，树脂基料的分散性能有密切关系。在树脂不能达到很好的润湿分散效果时，只有借助于润湿分散剂的帮助。如果使用得当，所有润湿分散剂都有此功能。例如国产的，、系列产品、联邦德国汉高公司的系列产品，公司的等。()提高颜料的着色力和遮盖力光的散射度和颜料的遮盖力随着粒径的变化存在一个最大值，在涂料中以颜料粒度小为宜。所以着色力和遮盖力性能的好坏完全取决于颜料的最佳分散。一般来说，粒径减小则着色力增大，遮盖力提高，透明度加强，涂膜的色彩鲜艳度强。能够降低体系粘度的润湿分散剂及锚碇式的超分散剂都具有这种性能。()能取得防止浮色、流挂、沉降效果使用控制絮凝的润湿分散剂可以防止复色漆的浮色、发花，增加贮存的稳定性。()提高涂膜的物化性能这些性能要是依靠树脂来实现的，但在涂料中使用颜料量较多。最佳的颜料分散可以提高紫外线的吸收和反射能力，增加颜料的耐候性和耐化学品性，因而提高了涂膜的物化性能。()改变涂料的流变性使用不同的润湿分散剂有时会得到近似于牛顿流体的低粘度分散体系，颜料粒子可分散到接近于原生粒子状态，可得到一种稳定的理想分散体系，但有的润湿分散剂会使分散体系具有假塑性粘度和触变性粘度，这是由于分散剂对颜料的控制絮凝作用而得到的。前者主要是用于降低粘度改善流动性，使涂膜具有较好的流平性，具有较高的光泽。这类分散剂主要用于个人收集整理-ZQ 3 / 3 色浆制造、高颜基比的色漆或吸油量较高的易于形成触变结构的有机颜料涂料中。后者能够使涂料体系形成结构粘性，这种润湿分散剂可使涂料分散体系牌稳定状态，同时还具有防沉、防流挂、防止浮色发花的作用。()节省时间及能源加入润湿分散剂可以减少颜料研磨粉碎时间，节省能源、提高工作效率。