润湿分散剂的分类特性与应用.doc

润湿分散剂的分类特性与应用摘要：论述了不同类别润湿分散剂的基本组成和应用特性，讨论了各种润湿分散剂在不同涂料中所应遵循的规则和选择方法。共讨论了八大类涂料工业常用的一些润湿分散剂品种。关键词：润湿分散剂 、高分子分散剂 润湿与分散是涂料制备的重要工艺过程。由于涂料品种的多样性，所使用的相关分散助剂也是品种繁多。市场上众多供应商提供了各具特色的品牌助剂，令人眼花缭乱。由于涂料助剂大多价格不菲，取舍之间更有着经济上的意义。因此，有必要对助剂的选择问题作一深入浅出的探讨，达到整体把握的目的。不过，试图将润湿分散剂从化学上加以分类是困难的。原因是不同品牌的产品，其组成、结构差别非常大。从实际应用需要，运用物理化学原理和方法，对其进行大致分类则是可能和有意义的。考察润湿分散剂的分类特性，宜从应用范围（主要是相容性问题）、极性、离子性以及分子量特征等方面进行。大的方面，按应用领域分为水性与油性以及通用型分散剂。功能上又区别为润湿剂和分散剂。实际上，这一区分带有很大的随意性；因为润湿与分散根本就是一个统一连续的过程。1.0 水性润湿分散剂11 润湿剂 都是一些低分子量（1500）的界面活性剂。主要作用是降低体系的界面张力；一般可在室温下把水溶液的表面张力从72达因/厘米，降至40达因/厘米以下。从而利于分散剂对颜料的作用。微观上，是促进颜料的可润湿性，使分散剂易于在颜料表面铺展而结合，形成所谓的锚固关系。另一方面，润湿剂这种降低体系表面张力的作用，还是涂料施工必不可少的性能。因为，高表面张力的涂料不易在基面上涂覆，易于出现流平不良等缺陷。应用于涂料配方中的润湿剂，有别于乳液合成用的表面活性剂。后者以离子型居多，而前者主要是非离子型的酚基或烷基聚氧乙烯类。润湿剂的HLB值是衡量极性大小的重要参数。一般供应商可以提供这类数据。HLB值高则水溶性好，反之，则活性大。需要恰当把握。且过高的HLB易于导致涂料对商品色浆的接受性变差。易于出现浮色、发花等涂料质量和施工缺陷1。色浆与基础涂料之间HLB差距过大，可能是水性涂料调色故障的主要原因。另外，泡沫的产生对涂料制造也是个敏感的问题。理论上，有一些计算已知结构表面活性剂HLB值的方法2。有必要指出的是，钠盐或钾盐型分散剂的HLB值可能超过30以上。而合适的HLB值应该在20以下。遗憾的是，准确测定助剂HLB值还是相当困难的。简单测定助剂HLB的方法列于表1。将少量助剂与水相混，观察产生的现象，大致评价出HLB的范围2表1 水分散法测定助剂的HLB值H L B 范 围 分 散 性 质56 不稳定，或分散不良78 经强烈摇荡后呈乳状分散910 稳定的乳状分散体1113 半透明或灰色分散体13 清澈透明溶液一个提外的问题是，广泛使用的烷基酚类聚氧乙烯醚（AEO）活性剂由于确切的生殖损伤毒性而被列入应淘汰化学品。1 2 水性分散剂 市面上广泛使用的水性分散剂经历了一个逐步升级换代的过程。目前，曾广泛使用的卵磷脂类和无机磷酸盐/酯类，如：KTPP（三聚磷酸钾）、TKPP（焦磷酸四钾）等聚电解质类分散剂，由于其生物性缺陷（促进微生物滋生）以及高电解质浓度的副作用，正在被淘汰。新一代的水性分散剂大致可分为以下五类。A 水溶性高分子聚电解质类，以聚丙烯酸的盐（钠，钾，铵）类为代表。属强离子性。商品形式多为20-30%的水溶液；其金属盐有的制备成固体粉末。大部分易溶于水，无味。依靠在颜料表面产生电位的静电斥力作用使颜料分散。聚合度在1218之间具优良的分散能力。主要用于无机颜料的分散。可急剧降低研磨料的粘度。但形成的色浆具触变性；由于离子浓度大，分散体的稳定性并不好。且HLB值偏高，初期对颜料的润湿差，需润湿剂的密切配合。涂料的色浆接受性差；易于出现调色障碍(商品色浆主要用HLB值较低的高分子助剂制造)。但价格便宜，用于白漆制备，添加量低。不适合基础漆的制备。B 亲水性丙烯酸酯共聚物，离子浓度大大降低。研磨料既有适宜的剪切力，又形成粘度稳定的分散体。对分散无机颜料非常适合。其结构多含有聚氧乙烯、磺酸基等接枝单元。除具静电斥力稳定机制外，尚依赖空间位阻使分散体得以稳定。由于HLB值适中，配漆性能良好。C 线性大分子离子型或非离子化合物。大部分为聚氧乙烯类活性剂。由于分子量低，聚集态易于流动。商品形式多为100%或85%等高组成。具一端高密度活性基团结构3的品种用于无机颜料的分散性能优良。用于有机颜料和碳黑的品种具一端平面大键环结构或亲颜料基团4。此类助剂HLB与B类相似。但属水溶性。可能会从涂膜中游离，有损涂层的理化性能。也有疏水性的此类助剂，给人以较为安全的印象。D 疏水性共聚物分散剂 大部分也是丙烯酸类，但基本不显示离子性。有的含有胺类接枝单元等。以空间位阻和有效锚固基团作用稳定颜料。HLB值低，制备颜料浆时提供适宜的剪切力环境，既适宜分散无机颜料，又可分散有机颜料和碳黑。是水性分散剂的开发方向。虽然其用量较大（可为离子性助剂的数倍），但同时作为载体树脂，所得颜料浆具优良的展色性和稳定性。又由于不可逆的水溶性和高分子量，可作为成膜物看待，不会产生副作用。E 用于阴极电泳涂料的阳离子型共聚物分散剂，如丙烯酸共聚体接枝PU5，主要用于工业在线涂料。不宜与阴离子助剂复配。实践中，往往要试验一下助剂的水复溶性，以决定是否适用于耐水涂层场合。将助剂在5070烘干，再用水试验溶解性。结果可出现三种情况：溶解，乳浊，不溶。分别代表：水溶性，亲水性，疏水性。水性分散剂除以上分析的一般特性外，尚需关注它们在涂料配方组成的协调性。除前已述及的基础涂料对色浆的接受性，还应考察它们对增稠系统的影响。已经证实，分散剂的高电解质浓度对增稠过程和涂料光泽是不利的。而亲水的或疏水的高分子共聚物类分散剂倾向于加强和稳定增稠系统的作用并且改善涂料的光泽5。另外，B、D类共聚物分散剂无需润湿剂配合。20 溶剂型润湿分散剂由于有机介质普遍具有低的表面张力，因此，在这一领域使用的润湿剂，毋宁说也是分散剂，只不过它们的分子量低，不能形成稳定的分散体，需要与高分子分散剂配合使用才能发挥他们独有的作用。溶剂型涂料，涉及的介质极其复杂而广泛，不仅因其溶剂种类，更因其成膜物质的特性而要求在相容性原则下，选择不同组成特性的分散剂。所以形成了品种众多的分散剂系列。就一般分类看，也象水性助剂那样有离子型、非离子型、尚有相当数量的具有阳离子结构特征的产品。分子量从数百量级的普通大分子以及数万量级的高分子组成。只不过，在溶剂型涂料中，由于介质普遍不象水那样具有高介电常数，所以离子性作为其特征并不具太大意义。溶剂型涂料所使用的分散剂，主要依赖于其提供体系的锚固作用和空间位阻。21 溶剂型涂料用低分子量分散剂此类助剂又称传统型分散剂，顾名思义，这是化学上最早开发的一类产品，也是现代高分子分散剂的前身。分子量介于4002000之间。主要是线型烷基酰胺类或枝型多聚羧酸、或是多聚羧酸与多元胺组成的低聚物，非离子型居多。不会向涂层引入亲水性，机理上是多元酸的羧基紧密排列在基面（如：金属）上，疏水一端向外，排列成疏水层。因为这一特性而被用于防腐、防锈涂料中。缺点是分子量低，不能形成有效的位阻空间。不适宜分散有机颜料和高色素碳黑。所能达到的细度值和流动性有限。用于工业涂料也有泛黄倾向。但它们的低极性特征，使能溶于脂肪烃类溶剂。因而，广泛适用于传统油漆以及溶剂型丙烯酸建筑涂料中。22 溶剂性涂料用高分子分散剂又称超分散剂，是现代分散剂的主流设计方向。前已述及，在溶剂型涂料中介质的低介电常数使得静电斥力机制不能发挥作用。为了稳定颜料的分散，特别是有机颜料和碳黑，必须开发高分子量的结构组成。使空间位阻成为主要作用方式。大体上，高分子分散剂有以下三类：F. 聚酯主链结构的活性衍生物。典型6的结构如：T（OACO）nP ZPR式中：AC820线型亚烷基或链烯基T-H 或链终止基团Z-多元胺或聚亚胺的残基,n=2-10, p2其中T(OACO)p : Z=5:120:1 (w/w)聚酯类分散剂可用于中高极性的工业涂料和粉末涂料7。G聚氨酯类 这是目前开发较为成熟的一类高分子分散剂。其特征是在分子链中，均匀分布着一系列的氨基甲酸酯基团或链段；或者是分布于接枝的侧链上8。并以叔胺和环结构为锚固基团。适用于中高极性系统各种颜料的分散。性能较为全面；形成的色浆粘度低，展色优异。在溶剂型涂料中，唯一对颜料分散提出苛求的品种是汽车涂料等工业涂料。使用最高等级的色素碳黑和有机颜料。所使用的介质也以含氧溶剂为主。普通中、低分子量分散剂难以胜任这种场合。PU型高分子分散剂出色应对了这种需要。然而，不仅由于此类助剂成本较高，还由于它的高极性，不适合用于低极性涂料品种。因为，在普通烃类溶剂中不能很好溶解。分子链不能有效的被溶剂化以形成空间位阻。H接枝丙烯酸共聚物 由于存在游离的羧基等，也用于水性系统。高分子量。分散能力略逊于PU分散剂。但稳定性同样好；价格适中。适用范围广。普通工业涂料，从低极性到高极性均可应用。上述二类高分子分散剂构成了当今分散剂的代表品种。尚在开发特殊结构的分散剂组成。如，根据亲颜料基团要求设计的具有类似颜料结构特征的分散剂9等。不断有新产品问世。高分子分散剂的主要应用技术，是建立与之相适应的极性体系。因为，极性相似的体系意味着更多热力学相容的机会。从而能够使助剂很好溶于涂料，起到稳定分散状态的作用。保证相容性也是涂膜光泽的重要条件。但是，也要防止溶剂与助剂过分强烈的相互作用。以免发生助剂从颜料表面脱吸附。一般无机颜料例如普通氧化铁,中铬黄,钼铬红,填料,等,评估分散剂的方法最容易,就是看降黏.这类颜料本来絮凝性就较低,一旦解开就搞定.但是在制复色漆时,我们经常被迫放弃最强的润湿剂,反而选用控制絮凝性的润湿剂(A5066),来迁就老是絮凝的有机/炭黑衣避免浮色。钛白*一般无机颜料看待，因为它有时候需要100%解絮凝，为了拿到纯白高档面漆；有时又像上面说的要控制，避免浮色。这也是遍地A4010的原因， 因为B110/A5010降黏很强适合制纯白，但是易起调色冲突而分色；A4010则两点兼顾得较好。基于上面两种不同的目标，评估也不同了。纯白面漆，建议也是做流板测试（12秒黏度下淋涂），看20度光泽。如果这样测试通过，你的白漆储存稳定，鲜映性，施工适应性（例如汽车漆静电线喷涂，卷材漆低黏度辊涂，等这些涂装线是白漆毒药）都能通过。但是！这个色浆不保证调色不浮色！调复色时多半必须忍痛割爱，放点5066/P104之类，这时如果你流板，是雾影的就对了。重点还是有机颜料。基于与絮凝对抗的原则，流板法是最常用的评估方法（可得到光泽和鲜映性）。另一个可以用的是颜色扩展法。标准白色中调入有机颜料色浆制得色漆，热储存（一般50C），一周到八周自定。出来后色漆一分为二，一半放入玻璃珠再次砂磨2小时，然后两边比色差。 颜色扩展是更加严格的指研测试，适用于高端的汽车修补色母，严格要求的印铁等辊涂线。以上两个方法主要评估的是颜料分散体在体系的稳定性。但是这个颜料分散体本身究竟对还是不对，是一个相当微观的问题，这时我们面对的是微观粒径分布问题，许多人讨论的酞蓝的侧面色相，炭黑的蓝相，等等均属有机颜料，炭黑的散射色相，其目标本质是0.05-0.5微米范围内颜料分散体的分布，例如哥伦比亚炭黑公司报告是0.07微米级别的炭黑颗粒提供了炭黑的散射蓝相，小于此粒径的提供红棕色相。那么除了配备电镜，或做激光粒度分布，我们的日常工作只能是目测其色相了，这需要经验。 分散剂不同，有机颜料色相有相当大的差异，Solsperse 产品当年一炮走红就是因为它的FW200的蓝相。对此我能给的建议就是先制纯单色色漆，在透明底材/黑白卡纸/两种底材上观察其色相或与标样比照。透明底材可以看清正透射，黑底能把散射/干涉表现出来而吸收掉正透射色光。这样就能比照每个批次麻烦的有机颜料色相，确定其分散好坏了。一个典型的例子是纳米二氧化钛，可以比较黑底上的蓝相深浅来确定哪个样品是对的。同理用于其它有机颜料。色相的评估在高端的汽车面漆中成为筛选分散剂的重要手段，也就是说，如果这个有机色相（例如正兰侧紫）对了，即便黏度高点，也应该用正确色相的分散剂，如果有浮色，调整旁的部分来适应它，因为散射色相人工吊不出的，当年汽巴著名的A3B当道，几大颜料公司克莱恩，DIC， 拼命想用现有的有机红拼出一个一样的，就是散射色相不对，不是A3B高级而是散射极难调。既然分散剂能够影响它，那么这一点就是很关键的评估因素了。所以评估有机颜料，炭黑的黑度，透铁的透明度，常规测试之后就都是需要积累经验的练眼了。练好了，一眼看去，就大概知道哪个分散剂是对的。至于细度摔得快不快之类，不应该是选择分散剂的主要因素。分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均一分散那些难于溶解于液体的无机，有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的药剂。 分散剂的原理：大部分分散剂都是通过润湿、研磨与分散、偶联和包裹稳定的过程来达到分散颜填料的目的。而在水性涂料当中，由于成本控制原因，又不能使用较贵的分散剂。现在市场上用的大部分是属于阴离子和非离子型的润湿分散剂。它们的原理就是低的表面张力，很快的润湿颜料粒子，再通过高的剪切力，如分散机、研磨机器等使颜料粒子形成一个半絮凝状（或叫做可控絮凝）的分散体。分散良好的颜填料分散体和最佳涂料性能是同义语，二者密切相关，涂料的着色力，透明度，遮盖力，表面光泽和流动性常常被用来估计颜填料的分散程度;以下三点用评价分散剂的分散能力性能。（1）降低体系粘度（2）提高体系展色性(3)改善光泽。Dispersant(分散剂)：一种化学品，加入水中增加其去颗粒的能力。Documentation(文件编制)：关于装配的资料，解释基本的设计概念、元件和材料的类型与数量、专门的制造指示和最新版本。使用三种类型：原型机和少数量运行、标准生产线和/或生产数量、以及那些指定实图形的政府合约。 分散剂 在工具书中的解释 促使物料颗粒均匀分散于介质中,形成稳定悬浮体的药剂。分散剂一般分为无机分散剂和有机分散剂两大类。常用的无机分散剂有硅酸盐类(例如水玻璃)和碱金属磷酸盐类(例如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等)。有机分散剂包括三乙基己基磷酸、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯、LBD-1分散剂等。 分散剂 在学术文献中的解释 分散剂的定义是分散剂能降低分散体系中固体或液体粒子聚集的物质。在制备乳油和可湿性粉剂时加入分散剂和悬浮剂易于形成分散液和悬浮液，并且保持分散体系的相对稳定的功能。 分散剂 在化工词典中的解释 能提高和改善固体或液体物料分散性能的助剂。固体染料研磨时，加入分散剂，有助于颗粒粉碎并阻止已碎颗粒凝聚而保持分散体稳定。不溶于水的油性液体在高剪切力搅拌下，可分散成很小的液珠，停搅拌后，在界面张力的作用下很快分层，而加入分散剂后搅拌，则能形成稳定的乳浊液。其主要作用是降低液-液和固-液间的界面张力。因而分散剂也是表面活性剂。种类有阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型和高分子型。阴离子型用得最多。 【分散剂的种类和选择】 分散剂的选择 一个优良的分散剂应满足以下要求：分散性能好， 防止填料粒子之间相互聚集；与树脂、填料有适当的相容性；热稳定性良好； 成型加工时的流动性好； 不引起颜色飘移； 不影响制品的性能； 无毒、价廉。分散剂的用量一般为母料质量的 分散剂的种类 脂肪酸类、脂肪族酰胺类和酯类 硬脂酰胺与高级醇并用， 可改善润滑性和热稳定性， 用量（质量分数， 下同）.-.，还可作聚烯烃的滑爽剂； 己烯基双硬脂酰胺，也称乙撑基双硬脂酰胺（），是一种高熔点润滑剂，用量为.；硬脂酸单甘油酯（）， 三硬脂酸甘油酯（）；油酸酰用量 .； 烃类石蜡固体， 熔点为 ， 不溶于水， 溶于有机溶剂，树脂中的分散性、相容性、热稳定性均差， 用量一般在 .以下 石蜡类 尽管石蜡属于外润滑剂， 但为非极性直链烃，不能润湿金属表面， 也就是说不能阻止聚氯乙烯等树脂粘连金属壁， 只有和硬脂酸、硬脂酸钙等并用时， 才能发挥协同效应 液体石蜡： 凝固点， 在挤出和注射成型加工时， 与树脂的相容性较差，添加量一般为.-.， 过多时， 反而使加工性能变坏 微晶石蜡： 由石油炼制过程中得到， 其相对分子质量较大， 且有许多异构体， 熔点-， 润滑性和热稳定性好， 但分散性较差， 用量一般为 .-.， 最好与硬脂酸丁酯、高级脂肪酸并用 金属皂类 高级脂肪酸的金属盐类， 称为金属皂，如硬脂酸钡（）适用于多种塑料，用量为 .左右；硬脂酸锌（） 适于聚烯烃、 等，用量为； 硬脂酸钙（）适于通用塑料，外润滑用，用量 ； 其他硬脂酸皂如硬脂酸镉（）、硬脂酸镁（）、硬脂酸铜（） 低分子蜡类 低分子蜡是以各种聚乙烯（均聚物或共聚物）、聚丙烯、聚苯乙烯或其他高分子改性物为原料，经裂解，氧化而成的一系列性能各异的低聚物 其主要产品有： 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、低分子离聚物等五大类。其中以聚乙烯蜡,聚乙烯蜡的化学名为聚乙二醇，英文名PEG(Poly Ethylene Glycol)最为常用 常用的聚乙烯蜡（聚乙二醇）平均相对分子质量为1500-4000，其软化点为102； 其他规格的聚乙烯蜡平均相对分子质量为1000020000， 其软化点为106； 氧化聚乙烯蜡的长链分子上带有一定量的酯基或皂基， 因而对 、 、 的内外润滑作用比较平衡， 效果较好， 其透明性也好。由于分散剂的种类和实际应用的环境很多，所以选择合适的分散剂很重要。 聚乙二醇200或400（分子量约190-420）是水溶性分散体系的良好分散剂/增溶剂/润湿剂/溶剂。聚乙二醇200或400是亲油的，可以很好的跟有较低亲水亲油平衡值(HLB value)的分散物形成稳定的分散体系。 一、产品性能 HPMA是一种低分子量聚电解质，一般相对分子量为400800，无毒，易溶于水，化学稳定性及热稳定性高，分解温度在330以上。在高温（350）和高pH下有明显的溶限效应。HPMA适用于碱性水质或同其它药物复配使用。HPMA在300以下对碳酸盐仍有良好的阻垢分散效果，阻垢时间可达100h。由于HPMA阻垢性能和耐高温性能优异，因此在海水淡化的闪蒸装置中和低压锅炉、蒸汽机车、原油脱水、输水输油管线及工业循环冷却水中得到广泛使用。另外HPMA有一定的缓蚀作用，与锌盐复配效果更好。 HPMA还可用于水泥外加剂。 二、质量指标 符合GB /T 10535-1997 项 目 指 标 外 观 浅黄色至棕红色透明液体 固体含量 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/cm 1.18 三、使用方法 HPMA通常以115ppm与有机膦酸盐复合，用于循环冷却水、油田注水、原油脱水处理及低压锅炉的炉内处理，具有良好的抑制水垢生成和剥离老垢的作用，阻垢率可达98%。HPMA与锌盐复配时，能有效地防止碳钢的腐蚀。 四、安全与防护 HPMA为酸性，应避免与皮肤、眼睛等接触，接触后应用大量水冲洗。 【分散剂及其作用机理】 分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均一分散那些难于溶解于液体的无机，有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的药剂。 1.作用机理 1.吸附于固体颗粒的表面，使凝聚的固体颗粒表面易于湿润。 2.高分子型的分散剂，在固体颗粒的表面形成吸附层,使固体颗粒表面的电荷增加，提高形成立体阻碍的颗粒间的反作用力。 3.使固体粒子表面形成双分子层结构,外层分散剂极性端与水有较强亲合力,增加了固体粒子被水润湿的程度.固体颗粒之间因静电斥力而远离 4.使体系均匀，悬浮性能增加，不沉淀，使整个体系物化性质一样 以上所述,使用分散剂能安定地分散液体中的固体颗粒。 2.分散剂的基本原理： 在我们涂料生产过程中，颜料分散是一个很主要的生产环节，它直接关系到涂料的储存，施工，外观以及漆膜的性能等，所以合理地选择分散剂就是一个很重要的生产环节。但涂料浆体分散的好坏不光和分散剂有关系，和涂料配方的制定以及原料的选择都有关系。分散剂顾名思议，就是把各种粉体合理地分散在溶剂中，通过一定的电荷排斥原理或高分子位阻效应，使各种固体很稳定地悬浮在溶剂（或分散液）中。 （1） 双电层的原理。 水性涂料使用的分散剂必须水溶，它们被选择地吸附到粉体与水的界面上。目前常用的是阴离子型，它们在水中电离形成阴离子，并具有一定的表面活性，被粉体表面吸附。粉状粒子表面吸附分散剂后形成双电层,阴离子被粒子表面紧密吸附，被称为表面离子。在介质中带相反电荷的离子称为反离子。它们被表面离子通过静电吸附，反离子中的一部分与粒子及表面离子结合的比较紧密，它们称束缚反离子。它们在