分散劑

1、簡介

　　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。分散劑一般分為無機分散劑和有機分散劑兩大類。常用的無機分散劑有硅酸鹽類(例如水玻璃)和堿金屬磷酸鹽類(例如三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉和焦磷酸鈉等)。有機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，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。種類有陰離子型、陽離子型、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濕分散劑減少完成分散過程所需要的時間和能量，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)整顏料粒子的運動性[2]。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1、提升光澤，增加流平效果光澤實際最主要取決涂料表面對光的散射(即一定的平整度即可。當(dāng)然需檢測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(這個數(shù)值不確定）時，表現(xiàn)為折射光，光澤不會再提高，同理遮蓋力依靠散射提供主要遮蓋力的遮蓋力也不會增加（除炭黑主要靠吸收光，有機顏料忘了）。注：該入射光是指可見光的范圍流平說不好；但注意粒子原生數(shù)目減少，是減少其結(jié)構(gòu)黏度，但比表面的增加會使自由樹脂的數(shù)量減少，是否有平衡點說不好，但一般粉末涂料流平并不是越細越好。

　　2、防止浮色發(fā)花。

　　3、提高著色力注意著色力在自動調(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，但越細粒子表面能越高，需要越高吸附強度的分散劑，但吸附強度太高的分散劑可能造成對涂膜性能的不利。

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

　　7、增加展色性，增加顏色飽和度、增加透明度（有機顏料）或遮蓋力（無機顏料）。

　　TEGODispers潤濕分散劑幫助顏料潤濕與穩(wěn)定，防止浮色發(fā)花以及顏料沉降，在儲存過程中保持穩(wěn)定的顏料遮蓋力與色強度，同時確保最大的得色量，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。對于耐腐蝕水性涂料，它也是首選產(chǎn)品。像TEGODispers750W和TEGODispers755W一樣，可滿足最高的光學(xué)與流變性能要求。對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)

　　一個優(yōu)良的分散劑應(yīng)滿足以下要求：

　　1、分散性能好，防止填料粒子之間相互聚集；

　　2、與樹脂、填料有適當(dāng)?shù)南嗳菪?；熱穩(wěn)定性良好；

　　3、成型加工時的流動性好；不引起顏色飄移；

　　4、不影響制品的性能；無毒、價廉。

　　分散劑的用量一般為母料質(zhì)量的5%。[2]

5、種類

　　脂肪酸類、脂肪族酰胺類和酯類

　　硬脂酰胺與高級醇并用，可改善潤滑性和熱穩(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，也稱乙撐基雙硬脂酰胺（EBS），是一種高熔點潤滑劑，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%；烴類石蠟固體，熔點為57～70℃，不溶于水，溶于有機溶劑，樹脂中的分散性、相容性、熱穩(wěn)定性均差，用量一般在0.5%以下。[3]

　　石蠟類

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

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

　　微晶石蠟：由石油煉制過程中得到，其相對分子質(zhì)量較大，且有許多異構(gòu)體，熔點65~90℃，潤滑性和熱穩(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、高級脂肪酸并用。

　　金屬皂類

　　高級脂肪酸的金屬鹽類，稱為金屬皂，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

　　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。其中以聚乙烯蠟最為常見。[4-5]

　　常用的聚乙烯蠟平均相對分子質(zhì)量為1500~4000，其軟化點為102℃；其他規(guī)格的聚乙烯蠟平均相對分子質(zhì)量為10000～20000，其軟化點為106℃；氧化聚乙烯蠟的長鏈分子上帶有一定量的酯基或皂基，因而對PVC、PE、PP、ABS的內(nèi)外潤滑作用比較平衡，效果較好，其透明性也好。由于分散劑的種類和實際應(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簡介

　　1、產(chǎn)品性能

　　HPMA是一種低分子量聚電解質(zhì)，一般相對分子量為400～800，無毒，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℃以下對碳酸鹽仍有良好的阻垢分散效果，阻垢時間可達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、蒸汽機車、原油脫水、輸水輸油管線及工業(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)檢報告單

　　HPMA質(zhì)檢報告單

　　項目指標(biāo)

　　外觀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98%。HPMA與鋅鹽復(fù)配時，能有效地防止碳鋼的腐蝕。

　　4、安全與防護

　　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。

　　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親合力，增加了固體粒子被水潤濕的程度.固體顆粒之間因靜電斥力而遠離。

　　4.使體系均勻，懸浮性能增加，不沉淀，使整個體系物化性質(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)過程中，顏料分散是一個很主要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到涂料的儲存，施工，外觀以及漆膜的性能等，所以合理地選擇分散劑就是一個很重要的生產(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，它們在水中電離形成陰離子，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，被稱為表面離子。在介質(zhì)中帶相反電荷的離子稱為反離子。它們被表面離子通過靜電吸附，反離子中的一部分與粒子及表面離子結(jié)合的比較緊密，它們稱束縛反離子。它們在介質(zhì)中成為運動整體，帶有負電荷，另一部分反離子則包圍在周圍，它們稱為自由反離子，形成擴散層。這樣在表面離子和反離子之間就形成雙電層。[6]

　　動電電位：微粒所帶負電與擴散層所帶正電形成雙電層，稱動電電位。熱力電位：所有陰離子與陽離子之間形成的雙電層，相應(yīng)的電位.

　　起分散作用的是動電電位而不是熱力電位，動電電位電荷不均衡，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，而擴散層中的自由反離子會由于靜電斥力被迫進入束縛反離子層，這樣雙電層被壓縮，動電電位下降，當(dāng)全部自由反離子變?yōu)槭`反離子后，動電電位為零，稱之為等電點。沒有電荷排斥，體系沒有穩(wěn)定性發(fā)生絮凝。

　　位阻效應(yīng)

　　一個穩(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，即在已吸附負電荷的粒子互相接近時，使它們互相滑動錯開，這類起空間位阻作用的表面活性劑一般是非離子表面活性劑。靈活運用靜電排斥配合空間位阻的理論，即可以構(gòu)成一個高度穩(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8~9nm時，它們之間的排斥力可以保護粒子不致絮凝。所以高分子分散劑比普通表面活性劑好。[7]

8、測定方法

　　Daniel流動點測定法

　　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，并用小刮刀仔細地研磨均勻，直至研磨后的顏料漿能從刮刀上流下為終點，計算顏料分?jǐn)?shù)劑與顏料之比。

　　加量曲線法

　　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，每加一次測一次粘度。作顏料分散劑的量/粘度曲線，最低點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，直至無絮凝發(fā)生，按顏料計算此點上的顏料分散劑用量，稱之為C-A值（濃度-絮凝值）。

　　注：Daniel流動點適用于溶劑型涂料，在乳膠漆中不太適合。加量曲線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表示。單位體積的顏料的表面積越大，則ODC越高。

9、對涂料的影響

　　光澤

　　這是衡量涂膜特性的一個指標(biāo)，光澤越高，反射越強。

　　對優(yōu)質(zhì)涂料的光澤來說，顆粒不能大于5微米的，最大3微米。油墨不能超過1微米。涂料中的大顆粒，要么沒法有效分散，要么絮凝，或者在配制過程中發(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

　　這是涂膜的一個特性，透明性越高，越容易看到底層。遮蓋力越高，對底層遮蓋力越強。

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

　　聚合物分散劑通過影響顏料粒徑分布（更均勻更窄）來提高透明度。對鈦白粉，高折射率和大顆?？梢杂行У胤瓷浜驼凵涓鞣N波長的光。聚合物分散劑的添加可以提高表面積（減少團聚體，降低粒徑），可以進一步提高遮蓋力。對于透明顏料，聚合物分散劑改善粒徑分布讓更多光透過（增加透明性）。

　　相容

　　相容性之所以重要，是因為良好的相容性可以使涂料制造商生產(chǎn)用于多種不同類別樹脂產(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，而且減少從研磨色漿直到最終產(chǎn)品中潛在的介質(zhì)不相容性問題。所以特別是使用高相容性樹脂的條件下，聚合物分散劑擴大了基礎(chǔ)涂料的使用范圍。這對混合著色涂料生產(chǎn)非常重要。

　　流動/流平

　　流平性是涂料在特定表面擴散的能力。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)來解釋。但是顏料引入體系后，就會發(fā)生變化。這是因為顆粒受化學(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。對流平性有好處。

　　產(chǎn)量

　　產(chǎn)量指一個工序生產(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)品的勞動力成本和固定成本。

　　著色強度

　　涂料著色強度表示色彩色相在應(yīng)用表面的強烈程度。提高著色強度涂料就會看起來更加明亮，對顧客更有吸引力。

　　通過平衡相互對立的各種因素，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度。提高研磨色漿中顏料含量會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，降低了研磨的動能，使磨料小球或珠子對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，同時防止研磨過程中的粘度升高。最終，分散劑使更細小的粒子碰撞穩(wěn)定性增加，不絮凝，從而充分發(fā)揮其內(nèi)在的著色強度。