需要分散剂
需要分散剂
分散剂是必要的：
从而消除粘度变化和相分离。
的分散剂deflocculate固体从而显著减少胶粘剂粘度．或者，可以随着对配方的粘度的最小效果而增加，可以增加固体载荷。
分散剂被用于:
- 水性和溶剂型胶粘剂及各种密封剂。
- 水性配方，通常与润湿剂结合，以达到特定应用所需的性能平衡。
它们的选择主要取决于配方中的其他成分以及特定应用所需的最终性能。
让我们详细探讨分散剂的作用模式及其稳定机理……
分散剂-作用方式
分散剂-作用方式
为了提供最佳性能，填料颗粒必须相互独立作用。因此，它们必须很好地分散在:
不幸的是，大多数分散体本质上是不稳定的，它们必须稳定以防止在不稳定系统中不可避免地发生的絮凝。为此，分散剂通常与湿润剂一起加入到粘合剂配方中。
生产厂家经常不加区分地使用“润湿剂”、“分散剂”和“润湿分散剂”等术语，因为它们之间的区别不是很清楚。
- 润湿剂（表面活性剂)是低分子两亲性物质(极性水溶性基团与不溶于水的碳氢链相连的分子)。有效的涂料润湿剂应该是与固体颗粒有亲和基团的表面活性剂。同时，它必须能够取代滞留在固体颗粒中的空气和水分，以便扩散和渗透到颗粒的表面。
- 分散剂的分子量也相对较低，含有大量的色素亲合/电荷给予基团。这些仅用于水性配方。它们不会降低颗粒-粘合剂界面的界面张力。因此，它们必须与合适的润湿剂结合使用。
- 润湿和分散剂可以是低或更高的分子量聚合物有机分子，具有长聚合物尾部和一种或多种颜料锚定基团。它们用于水性和非水体系中以使配方中的颗粒进行筛分和稳定颗粒。这些添加剂表现出上述润湿剂和分散剂的功能。
分散剂和润湿剂的组合是很常见的。它们能显著提高弥散质量，缩短弥散时间。在这里，以上定义的“分散剂”和“润湿分散剂”统称为分散剂。
根据化学结构，一般可将分散剂分为以下两类:
- 高分子量聚合物分散剂
- 低分子量分散剂(表面活性剂)
这两种分散剂的主要区别是:
这些差异总结在下表中：
| 差异 |
低分子量分散剂 |
聚合的分散剂 |
| 一般效果 |
- 降低表面张力，便于润湿
- 使用管理差异来执行锚定过程
- 利用相同电荷的斥力和不同电荷的吸引力来达到稳定
|
- 降低表面张力，便于润湿
- 不使用收费差异来执行锚定过程
- 使用空间位阻来稳定
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| 化学 |
- 低分子量表面活性剂
- 大多数时候含离子基团为稳定机制
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| 分子量 |
500 - 2000 |
4000 - 25000 |
| 剂量（颗粒重量的固体） |
0.4% - 5.0% |
2% - 40% |
低分子量分散剂与高分子分散剂的主要区别
当粘合剂或载体穿入颜料附聚物并润湿初级颗粒的表面时，润湿阶段被连续转化成颜料分散台。下图显示了相同的：
润湿分散过程
颜料分散阶段可能需要输入能量。通常它需要机械能来分解团聚体。滞留在颗粒表面的空气和水分转移到介质的液相，颜料/空气界面变成颜料/液体界面。要继续，液体需要润湿颗粒表面。
分散剂通常是相当低分子量的材料。它们强烈地吸附在粒子上，对相互作用的正电荷形成排斥势垒。这些屏障存在于所有颗粒材料之间。在许多溶剂型体系中，部分成膜聚合物可提供这种功能。但在水性胶粘剂(尤其是乳胶体系)中，通常会加入分离分散剂。
稳定机制
稳定机制
润湿分散剂通过以下方法防止颗粒絮凝:
这两种稳定机制的组合称为电稳定。在成膜过程中，每个稳定机制的重要性可能会发生变化。这是因为，由于以下原因，膜的极性可能会持续变化：
这两个过程如下图所示：
| 静电稳定 |
空间稳定 |
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 |
- 颜料颗粒具有相同的表面电荷
- 电荷在双层中排列，产生排斥力
- 范德瓦尔斯力引起引力
- 主要用于无机颜料和水分散体
- 高盐浓度会影响稳定性
|
- 液相可溶性聚合物链通过锚定基团吸附到颜料颗粒上
- 强大的稳定机制
- 适用于水性和溶剂性系统
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静电稳定
静电稳定
分散在水中的无机填料大多带有电荷。由于整个扩散系统是不带电的，液相必须在粒子附近包含等量的反离子。形成双电层（离子云）并防止絮凝。这是因为，类似电荷的静电斥力。填料颗粒表面可通过各种机制获得电荷：
- 粒子表面官能团的离解
- 离子(主要是聚阴离子)的吸附
静电稳定化在水性系统中尤为重要。这是因为水的高介电常数。然而，研究表明，粒子表面的电荷也在溶剂被涂料中起着重要作用。分散在不同树脂中的相同颗粒可能表现出相反的电荷或根本没有。
被归类为“润湿剂”的添加剂提供一些静电斥力，但不是很强烈。“分散剂”和“润湿分散剂”为静电颜料提供了高度的稳定性。
空间稳定
空间稳定
水分散体很容易稳定，防止絮凝。这可以通过添加水溶性聚合物(所谓的保护胶体)来实现，例如:
与静电稳定相比，聚合物的稳定对电解质(盐)的加入不敏感。
润湿剂(表面活性剂)也可以作为空间位阻稳定剂。低分子量润湿剂不能作为空间稳定剂，因为它们的分子太小了。只有低聚物或聚合物具有必要的分子尺寸。
空间稳定的要求如下：
- 聚合物必须通过适当的官能团(锚定基团)在表面上强烈吸附。
- 聚合物必须具有足够长的链段（阻隔基团）。它们应易于溶解在分散介质（有机溶剂或水）中，这一过程会导致聚合物链的加宽。添加劣质溶剂会导致这些聚合物链卷曲，从而导致絮凝。
- 中等摩尔质量的聚合物（低聚物）是最佳的。如果摩尔质量太低，则链不够长。如果摩尔质量过高，则可能发生架桥絮凝。此外，如果摩尔质量过高，可能会发生不相容或粘度增加。
- 最低聚合物浓度是必要的。如果浓度过低，可能发生絮凝，尤其是在摩尔质量较高的情况下。
分散剂的化学分类
分散剂的化学分类
分散剂添加剂根据不同行业的应用，使用多种不同类型的化学品生产。它们可以是具有以下特征的低分子量或高分子量有机分子：
- 长聚合尾用于空间位阻- - - - - -
负责空间位阻的聚合物尾部可以是简单的长烷基链(如脂肪酸)或更复杂的聚合物(如聚醚、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚酯或它们的组合)。
- 一个或多个锚固基团吸附到颗粒表面上并捐给电荷- - - - - -
最常见的锚定组是：
但是，由于存在以下副作用，从实际出发限制了选择:
羧酸和叔氮锚固基团是通用的，适用于许多不同类型的颗粒。
润湿分散添加剂传统上分为:
非离子产品广泛应用于水体系。许多新的添加剂分子实际上包含阳离子、阴离子和非离子段。
如前所述，润湿化学和分散化学的两个主要化学基团由-组成
- 较低的分子量聚合物：脂肪酸或植物油的各种衍生物
- 高分子量聚合物分散剂:嵌段聚合物，包含嵌段锚定基团和用于相容性和空间位阻的聚合物基团
大多数高分子量分散剂的基本化学结构是：
选择这三种基本基团的原因是它们与大多数常见树脂的广泛相容性。
聚合物分散剂的分类
聚合物分散剂的分类是以其锚定机理和分子量为基础的。它们还受到聚合物设计(线性、支链、星形设计)和聚合过程的影响。特别设计的聚合物润湿和分散剂提供非常高的质量:
- 许多锚定组
- 大量的化学选择和大量的聚合物设计和分子量选择
- 分子量=5000~50000克/摩尔
- 优良的润湿性和缩短分散时间
- 对长期稳定非常有效
- 适用于水性或溶剂性配方及有机或无机颗粒)
一些具有支化结构的特殊类型的聚合物分散剂不仅能够使颜料脱絮凝，而且能够构建一些二级结构。形成的结构是由于润湿的颜料颗粒之间的关联。它提供颜料和填充剂的弱网络，从而防止颜料沉淀并提高耐下垂性。
低分子量润湿剂和高分子量聚合物分散添加剂的组合可以产生稳定的分散剂。这也比单独使用的添加剂的粘度低得多。
下表总结了由特定的润湿和分散剂化学提供的价值主张。
| 湿润和分散剂类型 |
表征与价值主张 |
| 传统的表面活性剂类型 |
- 具有良好的配伍性和良好的水溶性
- 提供许多替代APEO(烷基酚乙氧基化)产品
- 降低表面张力可以改善润湿过程
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| Gemini表面活性剂 |
- 离子和非离子表面活性剂
- 分子中至少有两个疏水和两个亲水基团
- 双子表面活性剂具有异常高的界面活性
- 除了非常好的基材润湿性外，一些产品显示出非常低的起泡倾向
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| 氟表面活性剂 |
- 链的疏水部分，所有附着在碳上的氢原子都被氟原子所取代
- 他们的特点是高极性，高热和化学稳定性，和高抗紫外线辐射
- 他们排斥污垢，油脂，脂肪和水
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| 改性脂肪酸类型 |
- 可以用来稳定有机和无机粒子吗
- 它们为通用颜料浓缩物提供了优异的结果
- 他们的耐水性有限
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| 磷酸酯 |
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| 烷基酚乙氧基化物（APE） |
- 具有非常广泛的分散性能和低成本
- 适用于水性和溶剂型系统
- 由于环境法规，猿类的使用受到限制
- 它们被改性脂肪酸乙氧基化物和改性聚醚所取代
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| 聚丙烯酸基 |
- 与其他结构相比，通常分子量更低(成本也更低)
- 它们特别推荐在水性系统中，以增加无机材料的颜料负载
- 铵和钠盐是乳胶涂料的典型产品
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| 聚氨酯 |
- 非常适合降低粘度
- 提高固体含量，缩短分散时间
- 这种结构（主链、支链、锚定基团）的灵活性允许为许多溶剂载体和无溶剂体系设计各种结构
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| 聚丙烯酸酯 |
- 它们对聚氨酯具有类似的性质
- 较高的分子量，他们可以提供更好的兼容性的聚氨酯结构是不可接受的
- 适用于水性和溶剂的系统结构
- 是否可以进行改性以提供优异的防水性能
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| 马来酸酐共聚物 |
- 不允许像丙烯酸酯那样有各种各样的结构
- 但能开发各种颜料的分散剂
- 这些添加剂非常耐水
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| 可控聚合技术/活性链生长 |
- 允许制造商对聚合物链进行非常好的调整，古典阶梯生长过程并非如此
- 每个批次的添加剂都很相似。这些都是非常有效但更贵的产品
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润湿和分散剂的化学价值
制定挑战
选择分散剂的标准
选择分散剂的标准
分散剂的选择涉及到一些标准，如:
所有这些都会影响添加剂的性能。剂量要求主要取决于类型的粒子被分散和它表面积．
让我们详细了解这些标准......
载体
1.限制系统
在溶剂基体系中，主要的稳定机制是空间位阻作用。但静电斥力也能起到作用，特别是在极性较高的溶剂基体系中。所使用的溶剂混合物必须是添加剂本身的良好溶剂。
»探索用于溶剂载体系统的分散剂!
2.水性系统
在水性无机颜料中，完全通过电荷稳定来实现稳定。
系统的极性越高，静电斥力的稳定作用就越大。阳离子的存在会影响颜料在水体系中的稳定性。
多价阳离子尤其具有破坏性，因为它们往往形成不溶性盐颗粒，作为启动絮凝的核心。分散剂能够中和和复合这些阳离子，使其保持可溶状态，以增强胶体稳定性。
»选择用于水系统的分散剂！
3.不溶解的系统
在溶剂基体系中，润湿是一个相对简单的过程。大多数粘合剂的表面张力为25-30达因。无溶剂型粘合剂通常比溶剂型树脂具有更高的表面张力和粘度。因此，它们的润湿性能不如溶剂基的同类产品显著。
由于水的表面张力为72达因，而且大多数水性粘结剂的表面张力也比类似的溶剂性粘结剂高，因此在水体系中润湿更加困难。
基础树脂
技术的进步导致了越来越复杂的树脂的产生，例如:
这些树脂对颗粒表面的润湿性能可能很差。因此，润湿和分散剂是必要的。
用于颜料稳定的添加剂必须与粘合剂兼容。不相容常导致相分离和分散不良。轻微的不相容问题通常可以通过适当选择溶剂或溶剂混合物来纠正。
粒子表面性质
分散剂的选择也与颗粒的表面性质有关。表面的极性不同于有机（非极性）到无机（更极性）。这意味着分散剂锚组的性质对于最佳吸附至关重要。
阴离子锚定基团的选择应考虑到对无机粒子有更好的性能。而阳离子锚基更适合有机颗粒。
粒子表面积影响所需分散剂的水平。如果使用太少，那么就无法实现全部的好处。如果使用过多，可以看出防护屏障的厚度实际上是由于颜料表面过度拥挤而降低的。因此，使用过量的分散剂会导致涂层的最终性能。这些都不如用最佳剂量得到的。
由于干燥膜中的自由分子，使用过量的分散剂也会对膜的附着力或硬度等特性产生不利影响。
只有当几乎所有的粒子表面都被分散剂浸湿和覆盖时，才能达到有效和稳定的分散。因此，分散剂的用量很大程度上取决于颜料的表面积。高分子量分散剂比低分子量分散剂需要更高的用量。
如果考虑了颜料的表面积，则可以进行分散添加剂需求的估计。下表表明了高分子量分散剂的推荐剂量：
| 粒子类型 |
基于粒子重量的浓度 |
| 二氧化钛 |
2-3% |
| 铁的氧化物 |
3 - 4% |
| 填充物（粘土，碳酸钙， 等等。） |
1 - 2% |
| 普通炭黑 |
20% |
| 高通道炭黑 |
30-40％ |
几种常见粒子类型的高分子量分散剂推荐用量
分散剂正常工作的要求
分散剂正常工作的要求
为了使分散剂正常运行，它必须具有流动的要求：
1.兼容性
确定配伍性的最简单方法是将分散剂混合到配方中而不添加颗粒填料。它应该与其他配方成分完全兼容，不显示任何:
- 颜色变化
- 相分离
- 粘度增加,或
- 重要属性的其他变化
人们也可以通过做一个缩尺来检查兼容性，并观察颜色强度和胶片的透明度。
- 对于无机颜料：它应该是不透明的
- 对于有机颜料和炭黑：应具有高透明度
这些方法不能表明系统的长期稳定性。
2.长期稳定性
长期稳定是最重要的因素。这是因为，它将反映分散剂的性能能力。快速检查长期稳定性是将完全配制的产品以升高的温度（50°-60°C）储存两周。然后检查粘度和颜色。储存稳定性不足可能导致絮凝。
3.粘度测定
分散剂添加剂可能具有非常不同的效果，从而导致不同的分散添加剂需求。通常，需要确定粘度曲线的最小值，如下图所示：
分散剂需求曲线的分散剂和产生的粘度
由于不同的色散添加剂，曲线的形状可能不同，所以重要的是不要只是替换1:1的添加剂，因为这可能导致不正确的结果。至少要测量粘度曲线上的三个点，以确定曲线的形状。为了增加一定的安全裕度，建议在确定的添加量的基础上再添加至少10%的分散剂。
