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            分散剂的结构及作用原理

            摘要本文是分散剂系列知识的文章之一介绍了分散剂的结构分类锚固基理和分散剂的稳定基理锚固基团种类锚固基团的数量及分散剂的极性?#21462;?br /> 关键词分散剂的结构分散剂的分类锚固基团锚固基理稳定基理极性

            0       前言
            分散剂在颜料的分散过程中能起到很多的作用在涂料体系中在选择分散剂之前要充分地了解到分散剂的类型和结构以及其对颜料的锚固及稳定基理

            1       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?#19978;?#23567;微料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?#28966;?#31639;现存世界上有1000多种物?#31034;?#26377;分散作用现按其结构来区分可分为
            1.1        阴离?#26377;?#28070;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?#22270;?#24615;的亲水的基团构成两种基团分别处在分子的两端形成?#27426;?#31216;的亲水亲油分子结构它的?#20998;?#26377;油酸钠C17H33COONa羧酸盐硫酸酯盐R-O-SO3Na磺酸盐R- SO3Na等?#21462;?#38452;离子分散剂相容性好?#36824;?#27867;应用于水性涂料和水性墨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
            1.2        阳离?#26377;?#28070;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?#21462;?#38451;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
            1.3        非离?#26377;?#28070;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?#26377;?#20998;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
            1.4        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?#32454;]?#21487;能会影响层间附着力

                   图1 不同结构的分散剂示意图
            1.5        电中性型润湿分散剂
            分子中阴离子和阳离?#20305;?#26426;集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C18H35NH3 OOCC17H33等均属于这类在涂料中应用相当广泛
            1.6        高分?#26377;?#36229;分散剂
            高分?#26377;?#20998;散剂最为常用稳定性也最?#36873;?#39640;分?#26377;?#20998;散剂也分为多已内多酯多元醇-多乙烯?#21069;非?#27573;共聚物型分散剂丙烯酸酯高分?#26377;?#20998;散剂聚氨酯或聚酯?#36879;?#20998;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
            1.7        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?#21462;?#36890;过采用受控自由基聚合技术可以使分散剂的分子量分布更为集中锚定基团也更为集中效率更高

            2       分散剂对颜料的锚固基理
            由于颜料表面自然状态不同依其化学结构可有多种不同基团做为高聚物分散剂与其产生锚固作用锚固作用能通过不同的过程产生
            2.1        通过离子或酸性/碱性基团产生锚固作用
            当颜料微粒表面活性?#32454;?如无机颜料)时微粒表面带电荷位能与分散剂的相反电荷位或功能基团形成离子键如图2所示能在带电荷或酸性/碱性表面产生锚固作用的功能基团有胺铵?#22270;?#38133;基羧酸磺酸和磷酸基及其盐硫酸酯及磷酸酯?#21462;?img alt="" src="/manage/kindeditor/attached/image/20151213/20151213104959425942.jpg" />

            图2通过离子或酸性/碱性基团产生锚固作用
            2.2        通过氢键的锚固作用
            有机颜料通常比无机颜料的惰性强但却存在氢键的供体或受体因此与高分?#26377;?#20998;散剂的锚固基团间也可能形成氢键当分散剂与颜料之间存在多个氢键的结合后可以解决单独的氢键有可能较弱多胺和多羟基化合物既有供体又有受体可通过氢键产生锚固作用聚醚能通过氢键受体产生锚固作用
            2.3        通过极性基团产生锚固作用
            有机颜料微粒表面具有极性或可极性化的基团类似地在高聚物分散剂中也有极性或可极性化的锚固基团因而锚固作用也可发生同样这种相互作用通常相对较弱但是在聚合物分散剂中当由多个这样的基团组合成一个锚固的链段时则会加强这种相互的作用聚氨酯常做为极性的锚固基团
            2.4        通过不溶性高分子链段形成锚固作用
            不需离子键氢键或极性作用仅依靠范德华力?#28034;?#20197;使颜料微粒表面与聚合物分散剂通过锚固作用相结合分散剂内的聚合链段仅要求在介质中不溶聚氨酯锚固基团可能是通过该方式形成的这种吸附过程与氢键及极性基团产生的锚固吸附很难区分多数的高分子链段很可能是通过混合的静电力(氢键和/或极性作用)和范德华力产生锚固作用这些作用过程也许有一种是占主导地位但大多数高效的聚合物分散剂可能会产生所有这三种过程

             图3 通过氢键和极性基团及不溶性高分子链段产生锚固作用
            2.5        通过协同分散剂形成锚固作用
            某些有机颜料(酞菁蓝和二噁嗪?#31995;?通过改变粒子本身的化学结构具有离子基团的衍生物使颜料粒子表面有选择地?#25442;?#21270;使其能与聚合物分散剂中带电荷的锚固基团产生作用而?#37274;?#29983;物由于极性与颜料相似也能吸附在颜料的表面这样的架桥作用使得难于被锚固的颜?#31995;?#21040;很好的稳定效果

            图4 通过协同分散剂产生锚固作用
            3       分散剂的稳定基理
            颜料发生絮凝将会使涂料的性能明显下降如增稠流动性差返粗絮凝光学和颜色性能发生改变?#21462;?#36825;些是我们所不希望的所以要保持颜料悬浮液的稳定在颜料分散的稳定方面有两种重要机理
            3.1        静电稳定性
            颜料微粒表面带有电荷当加入分散剂后可能会形成双层静电结构当颜料表面形成一种电荷后相反电荷的带电离子?#24179;?#22260;绕在其周围当两个微粒靠近时电荷作用阻止其相互吸引在这样厚厚的电荷层的作用下颜料微粒获得了稳定的状态多磷酸盐及多元羧酸常做为高分子电解质使用这种静电斥力在水性涂料中非常有效

            图5 分散剂的静电稳定基理   
            3.2        位阻稳定
            分散剂通常由锚固基团和溶剂化链段组成高分?#26377;?#20998;散剂通过锚固基团吸附在颜料表面溶剂化链段则伸展在树脂和溶剂中从而形成一定厚度的溶剂化高分子链段的阻隔层当颗粒吸附层互相靠近而压缩时压缩区吸附物密度增加自由度减少这是个熵减过程体系的趋势是阻止这种进程进一步发生随着链段的混合溶剂被排出粒子间这也会导致溶剂浓度不均衡渗透压同样会迫使溶剂返回微粒间以维持微粒的分离状态这些过程综合作用就起到了位阻的效应位阻稳定作用的两个基本要求是锚定基团对颜料有足?#30970;?#30340;吸附力以及溶解化链段完全溶解在介质中当高分子链段很好的溶解和适当的展开时位阻稳定作用得到加强若相容性不好则高分子链?#20301;?#25240;叠使位阻效应丧失

            图6 分散剂的位阻稳定基理

            4       锚固基团种类单点锚固和多点锚固分散剂的极性
            4.1        锚固基团的种类
            锚固基团主要有酸性锚固基团碱性锚固基团中性锚固基团和复合锚固基团一般常见的酸性锚固基团有-COOHPO(OH)2等这种锚固基团较适合分散无机颜填料碱性锚固基团主要是各类含氮基团也包含各类季胺盐通常由于多数有机颜料和碳黑表面呈弱酸性碱性锚固基团对这些颜料有较强的吸附力另外碱性锚固基团容易离子化?#35782;?#26080;机颜填料也有很好的吸附力碱性锚固基团在分散剂中应用最为普遍中性锚固基团主要是各类芳香环如萘环等它可以与许多有机颜料和碳黑发色单元的大平面结构通过大键结合复合锚固基团是指在分散剂分子中同时引入多种吸附基团的分散剂这样分散剂就同?#26412;?#22791;对无机和有机颜料的良好分散能力在一些有机-无机颜料共?#24515;?#20307;系可以达到很好的分散效率避免了因有机颜料和无机颜料因被分散的程度不同而造成的浮色发花的现象
            4.2        单点锚固和多点锚固
            锚固点数量影响到分散剂对颜料的吸附强?#21462;?#21333;点锚固指分散剂分子中只含有一个锚固基团大部?#20013;?#20998;子润湿剂和部分高分?#26377;?#20998;散剂均属此列单点锚固分散剂在降低体系?#24515;?#31896;度方面有优势而多点锚固则指分散剂分子中含有多个锚固基团部?#20013;?#20998;子润湿剂和大部分高分?#26377;?#20998;散剂属于此列由于多点锚固的分散剂吸附点多故采用其制备的色浆有更好的贮藏稳定性我们要根据颜料的性况和性价比综合选择不同类型锚固基团及不同数量锚固基团的分散剂
            4.3        分散剂的极性
            每一个极性范围的涂料都要求有相应极性的分散剂与之相配套分散剂只能用在极性范围匹配的体系里面才能够展现出最佳效果分散剂分为?#22270;?#24615;中等极性及高极性分别适用于不同极性范围的涂料体系
             
            5       结语
            通过对分散剂的类?#22270;?#32467;构分散剂对颜料的锚固及稳定基理的了解我们可以就不同的涂料体系筛选合适的分散剂例如无机颜料可以选择离?#26377;͡?#21333;点锚固基团的分散剂具有更高的性价?#21462;?#26377;机颜料或炭黑可以选择多点锚固的阳离?#26377;?#28070;湿分散剂或高分?#26377;?#36229;分散剂或受控自由基型超分散剂?#21462;?

            日期2015-12-13 10:52:50    浏览3025 返回

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