分散劑

1、簡(jiǎn)介

　　分散劑(Dispersant)是一種兩親性化學(xué)品，可以增加油性以及水性組分在同一體系中的相容性。

2、解釋

　　工具書(shū)中的解釋

　　促使物料顆粒均勻分散于介質(zhì)中，形成穩(wěn)定懸浮體的藥劑。分散劑一般分為無(wú)機(jī)分散劑和有機(jī)分散劑兩大類(lèi)。常用的無(wú)機(jī)分散劑有硅酸鹽類(lèi)(例如水玻璃)和堿金屬磷酸鹽類(lèi)(例如三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和焦磷酸鈉等)。有機(jī)分散劑包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠、脂肪酸聚乙二醇酯等。

　　學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中的解釋

　　分散劑的定義是分散劑能降低分散體系中固體或液體粒子聚集的物質(zhì)。在制備乳油和可濕性粉劑時(shí)加入分散劑和懸浮劑易于形成分散液和懸浮液，并且保持分散體系的相對(duì)穩(wěn)定的功能。[1]

　　化工詞典中的解釋

　　能提高和改善固體或液體物料分散性能的助劑。固體染料研磨時(shí)，加入分散劑，有助于顆粒粉碎并阻止已碎顆粒凝聚而保持分散體穩(wěn)定。不溶于水的油性液體在高剪切力攪拌下，可分散成很小的液珠，停攪拌后，在界面張力的作用下很快分層，而加入分散劑后攪拌，則能形成穩(wěn)定的乳濁液。其主要作用是降低液-液和固-液間的界面張力。因而分散劑也是表面活性劑。種類(lèi)有陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型、兩性型和高分子型。陰離子型用得最多。

3、作用

　　分散劑的作用是使用潤(rùn)濕分散劑減少完成分散過(guò)程所需要的時(shí)間和能量，穩(wěn)定所分散的顏料分散體，改性顏料粒子表面性質(zhì)，調(diào)整顏料粒子的運(yùn)動(dòng)性[2]。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　1、提升光澤，增加流平效果光澤實(shí)際最主要取決涂料表面對(duì)光的散射(即一定的平整度即可。當(dāng)然需檢測(cè)儀器決定是否夠平整，不但考慮原生粒子數(shù)目，形狀，并考慮他們的結(jié)合方式)，當(dāng)粒子粒徑小于入射光1/2(這個(gè)數(shù)值不確定）時(shí)，表現(xiàn)為折射光，光澤不會(huì)再提高，同理遮蓋力依靠散射提供主要遮蓋力的遮蓋力也不會(huì)增加（除炭黑主要靠吸收光，有機(jī)顏料忘了）。注：該入射光是指可見(jiàn)光的范圍流平說(shuō)不好；但注意粒子原生數(shù)目減少，是減少其結(jié)構(gòu)黏度，但比表面的增加會(huì)使自由樹(shù)脂的數(shù)量減少，是否有平衡點(diǎn)說(shuō)不好，但一般粉末涂料流平并不是越細(xì)越好。

　　2、防止浮色發(fā)花。

　　3、提高著色力注意著色力在自動(dòng)調(diào)色系統(tǒng)中并非越高越好。

　　4、降低粘度，增加顏料載入量。

　　5、減少絮凝是這樣的，但越細(xì)粒子表面能越高，需要越高吸附強(qiáng)度的分散劑，但吸附強(qiáng)度太高的分散劑可能造成對(duì)涂膜性能的不利。

　　6、增加貯藏穩(wěn)定性其實(shí)原因和上相似，一旦分散劑穩(wěn)定強(qiáng)度不夠，反而貯藏穩(wěn)定性變差（當(dāng)然從你的圖片上看是沒(méi)問(wèn)題的）。

　　7、增加展色性，增加顏色飽和度、增加透明度（有機(jī)顏料）或遮蓋力（無(wú)機(jī)顏料）。

　　TEGODispers潤(rùn)濕分散劑幫助顏料潤(rùn)濕與穩(wěn)定，防止浮色發(fā)花以及顏料沉降，在儲(chǔ)存過(guò)程中保持穩(wěn)定的顏料遮蓋力與色強(qiáng)度，同時(shí)確保最大的得色量，最少的研磨步驟。由于這些助劑可降低粘度，分散時(shí)能增加到最高的顏料濃度，所以生產(chǎn)的涂料與顏料濃縮漿更具成本效益。推薦TEGODispers757W用于生產(chǎn)水性顏料濃縮漿。對(duì)于耐腐蝕水性涂料，它也是首選產(chǎn)品。像TEGODispers750W和TEGODispers755W一樣，可滿(mǎn)足最高的光學(xué)與流變性能要求。對(duì)于既適用溶劑型也適用水性配方的通用色漿，TEGODispers65x系列是現(xiàn)有不含乙氧基烷基酚的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。TEGODispers656，670和685特別適用于現(xiàn)代溶劑型配方。在UV體系，TEGODispers685適用于所有的顏料，TEGODispers688適用于消光粉。所有的TEGODispers產(chǎn)品均不含乙氧基烷基酚。

4、選擇標(biāo)準(zhǔn)

　　一個(gè)優(yōu)良的分散劑應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

　　1、分散性能好，防止填料粒子之間相互聚集；

　　2、與樹(shù)脂、填料有適當(dāng)?shù)南嗳菪裕粺岱€(wěn)定性良好；

　　3、成型加工時(shí)的流動(dòng)性好；不引起顏色飄移；

　　4、不影響制品的性能；無(wú)毒、價(jià)廉。

　　分散劑的用量一般為母料質(zhì)量的5%。[2]

5、種類(lèi)

　　脂肪酸類(lèi)、脂肪族酰胺類(lèi)和酯類(lèi)

　　硬脂酰胺與高級(jí)醇并用，可改善潤(rùn)滑性和熱穩(wěn)定性，用量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）0.3%-0.8%，還可作聚烯烴的滑爽劑；乙烯基雙硬脂酰胺，也稱(chēng)乙撐基雙硬脂酰胺（EBS），是一種高熔點(diǎn)潤(rùn)滑劑，用量為0.5%～2%；硬脂酸單甘油酯（GMS），三硬脂酸甘油酯（HTG）；油酸酰用量0.2%～0.5%；烴類(lèi)石蠟固體，熔點(diǎn)為57～70℃，不溶于水，溶于有機(jī)溶劑，樹(shù)脂中的分散性、相容性、熱穩(wěn)定性均差，用量一般在0.5%以下。[3]

　　石蠟類(lèi)

　　盡管石蠟屬于外潤(rùn)滑劑，但為非極性直鏈烴，不能潤(rùn)濕金屬表面，也就是說(shuō)不能阻止聚氯乙烯等樹(shù)脂粘連金屬壁，只有和硬脂酸、硬脂酸鈣等并用時(shí)，才能發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。

　　液體石蠟：凝固點(diǎn)（－15℃）~（－35℃），在擠出和注射成型加工時(shí)，與樹(shù)脂的相容性較差，添加量一般為0.3%-0.5%，過(guò)多時(shí)，反而使加工性能變壞。

　　微晶石蠟：由石油煉制過(guò)程中得到，其相對(duì)分子質(zhì)量較大，且有許多異構(gòu)體，熔點(diǎn)65~90℃，潤(rùn)滑性和熱穩(wěn)定性好，但分散性較差，用量一般為0.1%~0.2%，最好與硬脂酸丁酯、高級(jí)脂肪酸并用。

　　金屬皂類(lèi)

　　高級(jí)脂肪酸的金屬鹽類(lèi)，稱(chēng)為金屬皂，如硬脂酸鋇（BaSt）適用于多種塑料，用量為0.5%左右；硬脂酸鋅（ZnSt）適于聚烯烴、ABS等，用量為0．3%；硬脂酸鈣（CaSt）適于通用塑料，外潤(rùn)滑用，用量0.2%~1.5%；其他硬脂酸皂如硬脂酸鎘（CdSt）、硬脂酸鎂（MgSt）、硬脂酸銅（CuSt）。

　　低分子蠟類(lèi)

　　低分子蠟是以各種聚乙烯（均聚物或共聚物）、聚丙烯、聚苯乙烯或其他高分子改性物為原料，經(jīng)裂解，氧化而成的一系列性能各異的低聚物。其主要產(chǎn)品有：均聚物、氧化均聚物、乙烯－丙烯酸共聚物、乙烯－醋酸乙烯共聚物、低分子離聚物等五大類(lèi)。其中以聚乙烯蠟最為常見(jiàn)。[4-5]

　　常用的聚乙烯蠟平均相對(duì)分子質(zhì)量為1500~4000，其軟化點(diǎn)為102℃；其他規(guī)格的聚乙烯蠟平均相對(duì)分子質(zhì)量為10000～20000，其軟化點(diǎn)為106℃；氧化聚乙烯蠟的長(zhǎng)鏈分子上帶有一定量的酯基或皂基，因而對(duì)PVC、PE、PP、ABS的內(nèi)外潤(rùn)滑作用比較平衡，效果較好，其透明性也好。由于分散劑的種類(lèi)和實(shí)際應(yīng)用的環(huán)境很多，所以選擇合適的分散劑很重要。

　　聚乙二醇200或400（分子量約190-420）是水溶性分散體系的良好分散劑/增溶劑/潤(rùn)濕劑/溶劑。聚乙二醇200或400是親油的，可以很好的跟有較低親水親油平衡值(HLBvalue)的分散物形成穩(wěn)定的分散體系。

　　HPMA簡(jiǎn)介

　　1、產(chǎn)品性能

　　HPMA是一種低分子量聚電解質(zhì)，一般相對(duì)分子量為400～800，無(wú)毒，易溶于水，化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性高，分解溫度在330℃以上。在高溫（<350℃）和高pH下有明顯的溶限效應(yīng)。HPMA適用于堿性水質(zhì)或同其它藥物復(fù)配使用。HPMA在300℃以下對(duì)碳酸鹽仍有良好的阻垢分散效果，阻垢時(shí)間可達(dá)100h。由于HPMA阻垢性能和耐高溫性能優(yōu)異，因此在海水淡化的閃蒸裝置中和低壓鍋爐、蒸汽機(jī)車(chē)、原油脫水、輸水輸油管線(xiàn)及工業(yè)循環(huán)冷卻水中得到廣泛使用。另外HPMA有一定的緩蝕作用，與鋅鹽復(fù)配效果更好。

　　HPMA還可用于水泥外加劑。

　　2、質(zhì)量指標(biāo)符合GB/T10535-1997

　　HPMA質(zhì)檢報(bào)告單

　　HPMA質(zhì)檢報(bào)告單

　　項(xiàng)目指標(biāo)

　　外觀(guān)淺黃色至棕紅色透明液體

　　固體含量%≥48.0

　　溴值mg/g≤80.0

　　平均分子量≥450

　　pH（1%水溶液）2.0-3.0

　　密度（20℃）g/cm3≥1.18

　　3、使用方法

　　HPMA通常以1～15ppm與有機(jī)膦酸鹽復(fù)合，用于循環(huán)冷卻水、油田注水、原油脫水處理及低壓鍋爐的爐內(nèi)處理，具有良好的抑制水垢生成和剝離老垢的作用，阻垢率可達(dá)98%。HPMA與鋅鹽復(fù)配時(shí)，能有效地防止碳鋼的腐蝕。

　　4、安全與防護(hù)

　　HPMA為酸性，應(yīng)避免與皮膚、眼睛等接觸，接觸后應(yīng)用大量水沖洗。

6、機(jī)理

　　1.吸附于固體顆粒的表面，降低液-液或固-液之間的界面張力。使凝聚的固體顆粒表面易于濕潤(rùn)。

　　2.高分子型的分散劑，在固體顆粒的表面形成吸附層，使固體顆粒表面的電荷增加，提高形成立體阻礙的顆粒間的反作用力。

　　3.使固體粒子表面形成雙分子層結(jié)構(gòu)，外層分散劑極性端與水有較強(qiáng)親合力，增加了固體粒子被水潤(rùn)濕的程度.固體顆粒之間因靜電斥力而遠(yuǎn)離。

　　4.使體系均勻，懸浮性能增加，不沉淀，使整個(gè)體系物化性質(zhì)一樣。

　　以上所述，使用分散劑能安定地分散液體中的固體顆粒。[1]

7、基本原理

　　選擇分散劑

　　分散劑顧名思義，就是把各種粉體合理地分散在溶劑中，通過(guò)一定的電荷排斥原理或高分子位阻效應(yīng)，使各種固體很穩(wěn)定地懸浮在溶劑（或分散液）中。[1]

　　在涂料生產(chǎn)過(guò)程中，顏料分散是一個(gè)很主要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到涂料的儲(chǔ)存，施工，外觀(guān)以及漆膜的性能等，所以合理地選擇分散劑就是一個(gè)很重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。但涂料漿體分散的好壞不光和分散劑有關(guān)系，和涂料配方的制定以及原料的選擇都有關(guān)系。

　　雙電層原理

　　水性涂料使用的分散劑必須水溶，它們被選擇地吸附到粉體與水的界面上。常用的是陰離子型，它們?cè)谒须婋x形成陰離子，并具有一定的表面活性，被粉體表面吸附。粉狀粒子表面吸附分散劑后形成雙電層，陰離子被粒子表面緊密吸附，被稱(chēng)為表面離子。在介質(zhì)中帶相反電荷的離子稱(chēng)為反離子。它們被表面離子通過(guò)靜電吸附，反離子中的一部分與粒子及表面離子結(jié)合的比較緊密，它們稱(chēng)束縛反離子。它們?cè)诮橘|(zhì)中成為運(yùn)動(dòng)整體，帶有負(fù)電荷，另一部分反離子則包圍在周?chē)?，它們稱(chēng)為自由反離子，形成擴(kuò)散層。這樣在表面離子和反離子之間就形成雙電層。[6]

　　動(dòng)電電位：微粒所帶負(fù)電與擴(kuò)散層所帶正電形成雙電層，稱(chēng)動(dòng)電電位。熱力電位：所有陰離子與陽(yáng)離子之間形成的雙電層，相應(yīng)的電位.

　　起分散作用的是動(dòng)電電位而不是熱力電位，動(dòng)電電位電荷不均衡，有電荷排斥現(xiàn)象，而熱力電位屬于電荷平衡現(xiàn)象。如果介質(zhì)中增大反離子的濃度，而擴(kuò)散層中的自由反離子會(huì)由于靜電斥力被迫進(jìn)入束縛反離子層，這樣雙電層被壓縮，動(dòng)電電位下降，當(dāng)全部自由反離子變?yōu)槭`反離子后，動(dòng)電電位為零，稱(chēng)之為等電點(diǎn)。沒(méi)有電荷排斥，體系沒(méi)有穩(wěn)定性發(fā)生絮凝。

　　位阻效應(yīng)

　　一個(gè)穩(wěn)定分散體系的形成，除了利用靜電排斥，即吸附于粒子表面的負(fù)電荷互相排斥，以阻止粒子與粒子之間的吸附/聚集而最后形成大顆粒而分層/沉降之外，還要利用空間位阻效應(yīng)的理論，即在已吸附負(fù)電荷的粒子互相接近時(shí)，使它們互相滑動(dòng)錯(cuò)開(kāi)，這類(lèi)起空間位阻作用的表面活性劑一般是非離子表面活性劑。靈活運(yùn)用靜電排斥配合空間位阻的理論，即可以構(gòu)成一個(gè)高度穩(wěn)定的分散體系。

　　高分子吸附層有一定的厚度，可以有效地阻擋粒子的相互吸附，主要是依靠高分子的溶劑化層，當(dāng)粉體表面吸附層達(dá)8~9nm時(shí)，它們之間的排斥力可以保護(hù)粒子不致絮凝。所以高分子分散劑比普通表面活性劑好。[7]

8、測(cè)定方法

　　Daniel流動(dòng)點(diǎn)測(cè)定法

　　用滴管向一定量的顏料/顏料混合物中逐漸滴入分散劑的水溶劑，并用小刮刀仔細(xì)地研磨均勻，直至研磨后的顏料漿能從刮刀上流下為終點(diǎn)，計(jì)算顏料分?jǐn)?shù)劑與顏料之比。

　　加量曲線(xiàn)法

　　向一定量的顏料/顏料混合物制成的很厚的水漿中，在攪拌下逐漸滴入較濃的顏料分?jǐn)?shù)劑溶液，每加一次測(cè)一次粘度。作顏料分散劑的量/粘度曲線(xiàn)，最低點(diǎn)為分散劑的最佳用量。

　　濃度/絮凝法

　　用一定量的顏料/顏料混合物制成厚水漿，逐次加入顏料分散劑溶液，并混合均勻，直至從刮刀上可完全流完。在襯有黑色背景的玻璃板上滴1ml離子型增稠劑，再加上一滴已分散的顏料漿。然后輕輕混合均勻。假如發(fā)生絮凝，則在顏料漿中再增加顏料分散劑，直至無(wú)絮凝發(fā)生，按顏料計(jì)算此點(diǎn)上的顏料分散劑用量，稱(chēng)之為C-A值（濃度-絮凝值）。

　　注：Daniel流動(dòng)點(diǎn)適用于溶劑型涂料，在乳膠漆中不太適合。加量曲線(xiàn)法僅適合該水漿本身，在乳膠漆中常有分散劑不足現(xiàn)象，實(shí)際應(yīng)用中須多加（高至加倍）。C-A值更具綜合性。最佳分散劑濃度（ODC）通常是用每單位質(zhì)量的顏料需要的分散劑的量來(lái)表示。單位體積的顏料的表面積越大，則ODC越高。

9、對(duì)涂料的影響

　　光澤

　　這是衡量涂膜特性的一個(gè)指標(biāo)，光澤越高，反射越強(qiáng)。

　　對(duì)優(yōu)質(zhì)涂料的光澤來(lái)說(shuō)，顆粒不能大于5微米的，最大3微米。油墨不能超過(guò)1微米。涂料中的大顆粒，要么沒(méi)法有效分散，要么絮凝，或者在配制過(guò)程中發(fā)生刺激起晶?！【酆衔锓稚┮部蓽p少由于絮凝而形成的大顆粒，改善光澤。

　　透明

　　這是涂膜的一個(gè)特性，透明性越高，越容易看到底層。遮蓋力越高，對(duì)底層遮蓋力越強(qiáng)。

　　光在表面反射和通過(guò)的數(shù)量決定涂料的遮蓋力或透明性。顏料種類(lèi)及分散程度對(duì)此有影響。由于折射率和粒子大小影響，遮蓋性顏料對(duì)反射光有更大影響。

　　聚合物分散劑通過(guò)影響顏料粒徑分布（更均勻更窄）來(lái)提高透明度。對(duì)鈦白粉，高折射率和大顆粒可以有效地反射和折射各種波長(zhǎng)的光。聚合物分散劑的添加可以提高表面積（減少團(tuán)聚體，降低粒徑），可以進(jìn)一步提高遮蓋力。對(duì)于透明顏料，聚合物分散劑改善粒徑分布讓更多光透過(guò)（增加透明性）。

　　相容

　　相容性之所以重要，是因?yàn)榱己玫南嗳菪钥梢允雇苛现圃焐躺a(chǎn)用于多種不同類(lèi)別樹(shù)脂產(chǎn)品的分散體系。

　　聚合物分散劑可以提高顏料濃度，不僅增加產(chǎn)量，而且減少?gòu)难心ド珴{直到最終產(chǎn)品中潛在的介質(zhì)不相容性問(wèn)題。所以特別是使用高相容性樹(shù)脂的條件下，聚合物分散劑擴(kuò)大了基礎(chǔ)涂料的使用范圍。這對(duì)混合著色涂料生產(chǎn)非常重要。

　　流動(dòng)/流平

　　流平性是涂料在特定表面擴(kuò)散的能力。涂料表面缺陷通常由表面張力造成，而且發(fā)生相對(duì)較快。裝飾涂料的刷痕通常也是由流平性不足造成的。

　　理想的流平行為可以用牛頓力學(xué)來(lái)解釋。但是顏料引入體系后，就會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)轭w粒受化學(xué)鍵和物理相互作用影響，非常容易產(chǎn)生觸變性和假塑性。

　　由于顏料顆粒在聚合物分散劑作用下更加穩(wěn)定，流平性增加，所以可以提高牛頓流體特性。對(duì)流平性有好處。

　　產(chǎn)量

　　產(chǎn)量指一個(gè)工序生產(chǎn)的涂料和油墨數(shù)量。分散劑使顏料濃度增加，可以提高涂料產(chǎn)量。適當(dāng)添加聚合物分散劑，可以降低粘度，增加研磨色漿的顏料含量，從而產(chǎn)量提高。

　　在固定時(shí)間內(nèi)，由于可以分散更多的顏料，這樣用相同重量的研磨色漿就可以生產(chǎn)更多產(chǎn)品。明顯加快分散速度也可以提高產(chǎn)量。產(chǎn)量提高則機(jī)器磨損減少，能耗降低，尤其是降低每公斤最終產(chǎn)品的勞動(dòng)力成本和固定成本。

　　著色強(qiáng)度

　　涂料著色強(qiáng)度表示色彩色相在應(yīng)用表面的強(qiáng)烈程度。提高著色強(qiáng)度涂料就會(huì)看起來(lái)更加明亮，對(duì)顧客更有吸引力。

　　通過(guò)平衡相互對(duì)立的各種因素，可以創(chuàng)造最優(yōu)研磨條件。降低顏料的平均粒徑可以提高著色強(qiáng)度。提高研磨色漿中顏料含量會(huì)增加粒子的相互碰撞，提高顏料的破碎率，但是也增加了粘度，降低了研磨的動(dòng)能，使磨料小球或珠子對(duì)顏料的破碎能力下降。

　　使用聚合物分散劑可以改變這種變化。使用分散劑可以研磨更高顏料濃度，使粒子破碎更加迅速，同時(shí)防止研磨過(guò)程中的粘度升高。最終，分散劑使更細(xì)小的粒子碰撞穩(wěn)定性增加，不絮凝，從而充分發(fā)揮其內(nèi)在的著色強(qiáng)度。