潤濕分散劑的分類特性與應(yīng)用

1、潤濕分散劑的分類特性與應(yīng)用摘要：論述了不同類別潤濕分散劑的基本組成和應(yīng)用特性，討論了各種潤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)常用的一些潤濕分散劑品種。 關(guān)鍵詞：潤濕分散劑 、高分子分散劑  潤濕與分散是涂料制備的重要工藝過程。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格不菲，取舍之間更有著經(jīng)濟上的意義。因此，有必要對助劑的選擇問題作一深入淺出的探討，達到整體把握的目的。  不過，試圖將潤濕分散劑從化學上加以分類是困

2、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。從實際應(yīng)用需要，運用物理化學原理和方法，對其進行大致分類則是可能和有意義的。 考察潤濕分散劑的分類特性，宜從應(yīng)用范圍（主要是相容性問題）、極性、離子性以及分子量特征等方面進行。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)別為潤濕劑和分散劑。實際上，這一區(qū)分帶有很大的隨意性；因為潤濕與分散根本就是一個統(tǒng)一連續(xù)的過程。  1.0 水性潤濕分散劑  11 潤濕劑  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

3、在室溫下把水溶液的表面張力從72達因/厘米，降至40達因/厘米以下。從而利于分散劑對顏料的作用。微觀上，是促進顏料的可潤濕性，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。另一方面，潤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。因為，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。需要恰當把握。且過高的HLB易于導

4、致涂料對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)生對涂料制造也是個敏感的問題。理論上，有一些計算已知結(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30以上。而合適的HLB值應(yīng)該在20以下。遺憾的是，準確測定助劑HLB值還是相當困難的。簡單測定助劑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，大致評價出HLB的范圍2  表1 水分散法測定助劑的HLB值 H L 

5、;B 范 圍        分 散 性 質(zhì) 56        不穩(wěn)定，或分散不良 78        經(jīng)強烈搖蕩后呈乳狀分散 910        穩(wěn)定的乳狀分散體 1113 &

6、#160;      半透明或灰色分散體 13        清澈透明溶液 一個提外的問題是，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)淘汰化學品。  1 2 水性分散劑   市面上廣泛使用的水性分散劑經(jīng)歷了一個逐步升級換代的過程。目前，曾廣泛使用的卵磷脂類和無機磷酸鹽/酯類，如：KTPP（三聚磷酸鉀）、TKPP（焦磷酸四鉀）等聚電解

7、質(zhì)類分散劑，由于其生物性缺陷（促進微生物滋生）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。屬強離子性。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。主要用于無機顏料的分散。可急劇降低研磨料的粘度。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，初期對顏料的潤濕差，需潤濕劑的密切配合。涂料的色漿接受性差；易于出現(xiàn)調(diào)色

8、障礙(商品色漿主要用HLB值較低的高分子助劑制造)。但價格便宜，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。對分散無機顏料非常適合。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。商品形式多為100%或85%等高組成。具一端高密度活性基團結(jié)構(gòu)3的品種用于無機顏料的分散

9、性能優(yōu)良。用于有機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4。此類助劑HLB與B類相似。但屬水溶性?？赡軙耐磕ぶ杏坞x，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作用穩(wěn)定顏料。HLB值低，制備顏料漿時提供適宜的剪切力環(huán)境，既適宜分散無機顏料，又可分散有機顏料和碳黑。是水性分散劑的開發(fā)方向。雖然其用量較大（可為離子性助劑的數(shù)倍），但同時作為載體樹脂，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

10、，可作為成膜物看待，不會產(chǎn)生副作用。  E 用于陰極電泳涂料的陽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配。實踐中，往往要試驗一下助劑的水復溶性，以決定是否適用于耐水涂層場合。  將助劑在5070烘干，再用水試驗溶解性。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)注它們在涂料配方組成的協(xié)調(diào)性。除前已述及的基礎(chǔ)涂料對色漿的接受性，還應(yīng)考察它們對增稠系統(tǒng)的影響。已經(jīng)證實，分散劑的高電解質(zhì)濃度對增稠過程和涂料光澤是不利的。而親

11、水的或疏水的高分子共聚物類分散劑傾向于加強和穩(wěn)定增稠系統(tǒng)的作用并且改善涂料的光澤5。另外，B、D類共聚物分散劑無需潤濕劑配合。  20 溶劑型潤濕分散劑  由于有機介質(zhì)普遍具有低的表面張力，因此，在這一領(lǐng)域使用的潤濕劑，毋寧說也是分散劑，只不過它們的分子量低，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)揮他們獨有的作用。  溶劑型涂料，涉及的介質(zhì)極其復雜而廣泛，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，

12、也象水性助劑那樣有離子型、非離子型、尚有相當數(shù)量的具有陽離子結(jié)構(gòu)特征的產(chǎn)品。分子量從數(shù)百量級的普通大分子以及數(shù)萬量級的高分子組成。只不過，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。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，這是化學上最早開發(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。不會向

13、涂層引入親水性，機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。因為這一特性而被用于防腐、防銹涂料中。  缺點是分子量低，不能形成有效的位阻空間。不適宜分散有機顏料和高色素碳黑。所能達到的細度值和流動性有限。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)使得靜電斥力機制不能發(fā)揮作用。為了穩(wěn)定顏料的分散，特別是有機顏料

14、和碳黑，必須開發(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）nP Z PR 式中：AC820線型亞烷基或鏈烯基 T-H 或鏈終止基團 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。  G聚氨酯類

15、 這是目前開發(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。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，唯一對顏料分散提出苛求的品種是汽車涂料等工業(yè)涂料。使用最高等級的色素碳黑和有機顏料。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合。PU型高分子分散劑出色應(yīng)對了這種需要。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。因為，在普通烴類溶劑中不能很好溶解。分子鏈不能有

16、效的被溶劑化以形成空間位阻。  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)成了當今分散劑的代表品種。尚在開發(fā)特殊結(jié)構(gòu)的分散劑組成。如，根據(jù)親顏料基團要求設(shè)計的具有類似顏料結(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。因為，極性相似的體系意味著更多熱力學相容的機會。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

17、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分強烈的相互作用。以免發(fā)生助劑從顏料表面脫吸附。    一般無機顏料例如普通氧化鐵,中鉻黃,鉬鉻紅,填料,等,評估分散劑的方法最容易,就是看降黏.這類顏料本來絮凝性就較低,一旦解開就搞定.但是在制復色漆時,我們經(jīng)常被迫放棄最強的潤濕劑,反而選用控制絮凝性的潤濕劑(A5066),來遷就老是絮凝的有機/炭黑衣避免浮色。 鈦白*一般無機顏料看待，因為它有時候需要100%解絮凝，為了拿到純白高檔面漆；有時又像上面說的要控制，避免浮色。這也是遍地A4010的原因， 因為B110/A5010

18、降黏很強適合制純白，但是易起調(diào)色沖突而分色；A4010則兩點兼顧得較好?；谏厦鎯煞N不同的目標，評估也不同了。純白面漆，建議也是做流板測試（12秒黏度下淋涂），看20度光澤。如果這樣測試通過，你的白漆儲存穩(wěn)定，鮮映性，施工適應(yīng)性（例如汽車漆靜電線噴涂，卷材漆低黏度輥涂，等這些涂裝線是白漆毒藥）都能通過。但是！這個色漿不保證調(diào)色不浮色！調(diào)復色時多半必須忍痛割愛，放點5066/P104之類，這時如果你流板，是霧影的就對了。 重點還是有機顏料?；谂c絮凝對抗的原則，流板法是最常用的評估方法（可得到光澤和鮮映性）。另一個可以用的是顏色擴展法。標準白色中調(diào)入有機顏料色漿制得色漆，熱儲存（一般5

19、0C），一周到八周自定。出來后色漆一分為二，一半放入玻璃珠再次砂磨2小時，然后兩邊比色差。 顏色擴展是更加嚴格的指研測試，適用于高端的汽車修補色母，嚴格要求的印鐵等輥涂線。以上兩個方法主要評估的是顏料分散體在體系的穩(wěn)定性。 但是這個顏料分散體本身究竟對還是不對，是一個相當微觀的問題，這時我們面對的是微觀粒徑分布問題，許多人討論的酞藍的側(cè)面色相，炭黑的藍相，等等均屬有機顏料，炭黑的散射色相，其目標本質(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告是0.07微米級別的炭黑顆粒提供了炭黑的散射藍相，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

20、布，我們的日常工作只能是目測其色相了，這需要經(jīng)驗。 分散劑不同，有機顏料色相有相當大的差異，Solsperse 產(chǎn)品當年一炮走紅就是因為它的FW200的藍相。對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/兩種底材上觀察其色相或與標樣比照。透明底材可以看清正透射，黑底能把散射/干涉表現(xiàn)出來而吸收掉正透射色光。這樣就能比照每個批次麻煩的有機顏料色相，確定其分散好壞了。一個典型的例子是納米二氧化鈦，可以比較黑底上的藍相深淺來確定哪個樣品是對的。同理用于其它有機顏料。色相的評估在高端的汽車面漆中成為篩選分散劑的重要手段，也就是說，如果這個有機色相（例如正蘭側(cè)紫）對了，即

21、便黏度高點，也應(yīng)該用正確色相的分散劑，如果有浮色，調(diào)整旁的部分來適應(yīng)它，因為散射色相人工吊不出的，當年汽巴著名的A3B當?shù)?，幾大顏料公司克萊恩，DIC， 拼命想用現(xiàn)有的有機紅拼出一個一樣的，就是散射色相不對，不是A3B高級而是散射極難調(diào)。 既然分散劑能夠影響它，那么這一點就是很關(guān)鍵的評估因素了。 所以評估有機顏料，炭黑的黑度，透鐵的透明度，常規(guī)測試之后就都是需要積累經(jīng)驗的練眼了。練好了，一眼看去，就大概知道哪個分散劑是對的。至于細度摔得快不快之類，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)同時具有親油性和親水性兩種相反性質(zhì)的界面活性劑?？删环稚⒛切╇y于溶解于液體的無機，有機顏料的固體顆粒，同時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。