颜填料分散、分散助剂的分散作用机理及选择规律

 很久没有分享内容了，***近一段时间在弄水性工业漆色浆，公司也在不断融进新的实验技术人员。面对这些新人，一直在不断解释色浆的基本知识。很多菜鸟都不知道为什么颜料能够分散在水中。So整理这篇文章做个基本介绍---颜填料如何稳定分散于分散介质（水或溶剂）以及分散助剂的分散作用机理。        

颜填料不同于染料，其为固体颗粒，在水或溶剂中是不溶解的，而是悬浮状态。固体颗粒要在体系中稳定存在需要克服重力作用，否则会沉淀或分层。稳定体系中与颜填料颗粒自身重力平衡的是颗粒间的作用力以及颗粒与水的亲和力。粒径的大小影响分散稳定性，粒径越大，需要的平衡力或者亲和力越大，因而不易稳定悬浮于水中。在分散颜料剂粉体填料时要选择粒径小的，但是粒径越小，表面能较大易聚集，这就需要机械力破坏聚集体。在色浆的制备中使用分散研磨机就是利用高速剪切使聚集体变为原始粒子（如图）。

 
      颜填料分散后会有返粗过程，原始粒子会重新聚集成聚集体。其主要原因是原始粒子比表面积大表面能大，颜填料会自发的聚集以降低比表面积。为了解决返粗的现象发生，需要使用分散剂，同时促进颜填料稳定的分散于水中。       

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，形成稳定的悬浮液。       

分散剂的作用机理一般分为两类：一种是电荷斥力作用，即分散剂作用于粉体使其表面带同种电荷，粒子间的静电排斥作用阻止其重新聚集成聚集体（如下图）。

 
       另一种是位阻作用，即分散剂作用在颜填料表面，由于其体积庞大，形成空间位阻而难于重新聚集成聚集体（如下图）。

 
       现在的分散剂根据作用机理基本可以分为三类，如下图所示，分为静电稳定型、位阻型、复合型（静电位阻同时作用）。位阻型分散剂也是我们通常说的高分子型分散剂或超分散剂。

如何选择分散剂？       

色浆现在可以简单分为有树脂色浆和无树脂色浆。有树脂色浆中分散剂的选择与树脂也有关系，其中研磨树脂在制备色浆时起重要作用，一方面参与颜料的分散和锚定，另一方面有利于稳定已经分散好的颜料粒子。长油醇酸树脂、聚酰胺树脂、氨基树脂、醛酮树脂、低相对分子质量羟基丙烯酸树脂都表现出对颜料很好的润湿能力，而低羟值丙烯酸树脂、热塑性丙烯酸树脂、高相对分子质量聚酯树脂、高相对分子质量饱和聚酯树脂、乙烯基共聚树脂、聚烯烃树脂等对颜料均表现出较差的润湿性。此外，树脂也影响颜料分散体系的色相，同样的颜料，在不同的树脂体系得到的色相也不同。几乎所有的炭黑和有机颜料及透明氧化铁都随着不同树脂体系改变着自身色相，尤其是散射色相。所以在树脂体系中选择分散剂时要考虑到树脂体系的影响，具体需要考虑相容性、降粘性、展******及贮存稳定性。对于无树脂色浆，也要考虑应用树脂体系的兼容性及展******。       

色浆的主体是颜料，所以选择分散剂需要根据颜料的不同考虑。颜料一般分为有机颜料和无机颜料。无机颜料比较常用的是钛白粉、氧化铁系列颜料等，有机颜料就非常多了。有一点需要指出，透明氧化铁和炭黑是比较难分散的颜料，行业里会与有机颜料一起考虑。

在色浆分散剂筛选实验中，会有这样的简单规律：对炭黑、酞青系列有很好分散性的分散剂却不能很好的分散DPP红、有机紫等有机颜料，反过来，如果分散剂能很好地分散稳定DPP红、有机紫等颜料,通常用它来分散炭黑得到不喜欢的棕红色相，对酞菁系颜料的降黏作用也不足。极少有分散剂能同时对上述两大类难分散颜料都表现出极其好的性能。有这样一种观点解释：这是来源于颜料自身的氢键结构的多少及强弱。炭黑、酞菁蓝等颜料，其***主要的颜料之间的相互作用力并非氢键占主导，而是其它作用力，例如炭黑层状分子之间的偶合作用，酞菁结构的偶合作用、卤素的作用。而它们的表面处理中带有的极性基团相对于颜料自身的结构有独立性。以DPP为代表的有机红、永固紫类颜料，其颜料自身设计中带有很强的氢键,这个氢键作用提高了颜料的性能, 也直接影响了分散剂对颜料的作用。其界面的极性基团参与了颜料自身的氢键作用。这一点经过颜料化后期处理之后确凿无疑。据此,可以解释单用一个结构的分散剂不容易同时在两大类不同内在作用的颜料中同时拿到******效果。根据这个理论,我们也能够通过颜料结构判断它应该隶属于哪一边。例如异吲哚啉酮类颜料应该属于炭黑-酞菁系类别，而甲苯胺红应该倾向于后者。这个解释我比较赞同。       

在选择分散剂时，主要测试的是炭黑、钛白、DPP红（或有机紫）以及普通的氧化铁颜料四种颜料，根据得到色浆状态（降粘性、贮存稳定性）及展******可以判断分散剂适用于哪种颜料分散。与此同时也要考虑应用体系的相容性测试等。       

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