润湿分散剂的分类特性与应用

lyuanqing

润湿分散剂的分类特性与应用

摘要：论述了不同类型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应遵循的规则和选择方法。
关键词：润湿剂；分散剂；水性涂料
　　0引言
　　润湿与分散是涂料制备的重要工艺过程。由于涂料品种繁多。所用的相关分散助剂也多种多样。众多供应商提供的各具特色的助剂令人眼花缭乱。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。对助剂的选择作深入探讨．具有实用意义。
　　润湿分散剂的分类特性，宜从应用范围(主要是相容性)、极性、离子性以及相对分子质量特征等方面进行考察。按应用领域分为水性、溶剂型以及通用型分散剂。功能上分为润湿剂和分散剂。
　　1水性润湿分散剂
　　1．1润湿剂
　　润湿剂都是一些低相对分子质量(≤1500)的界面活性剂。其主要作用是降低体系的界面张力。一般可在窒温下将水溶液的表面张力从0．72× lO-3N／cm降至O．4x10-3N／cm以下，从而有利于分散剂对颜料的作用。微观上．润湿剂可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。斟为，高表面张力的涂料不易在基底上涂覆，容易出现流_半不良等缺陷。涂料配方中所用的润湿剂，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。
　　润湿剂的亲水亲油平衡值(HLB)高，则水溶性好；反之，则活性大。过高的HLB值，容易导致涂料对色浆的接受性变差，易于出现浮色、发花等缺陷。色浆与基础涂料之间的HLB值差距过太，可能是水性涂料凋色故障的主要原因。另外，泡沫的产生对涂料牛产也是个棘手的问题。理论上，可以计算已知结构表面活性剂的HLB值。合适的HLB值应该在20以下，但有必要指出的是，钠盐或钾盐型分散剂的HLB值町能超过30。要准确测定助剂的HIB值足相当困难的。简单测定助剂HLB值的方法列于表l。将少最助剂与水相混，观察产牛的现象，大致评价出HLB值的范围。

　　据报道，广泛使用的烷基酚类聚氧乙烯醚(AE0)表面活性剂由于会产生牛殖器官损伤毒性而被列入应淘汰化学品。必须引起同仁关注。
　　1．2分散剂
　　市面七广泛使用的水件分散剂经历了一个逐渐升级换代的过程。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(促进微牛物滋生)以及高电解质浓度的副作片用，止在被淘汰。新一代的水性分散剂大致可分为以下5类：
　　w1：水溶性高分子聚电解质类，以聚丙烯酸的盐(钠，钾，铰)类为代表，属强离子性。商品形式大多为20％～30％的水溶液；有的制成固体粉末。它大部分易溶于水，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12一18之间，具有优良的分散能力，主要用于无机颜料的分散。由于离子浓度大，分散体的稳定性并不好，且HlB值偏高，初期对颜料的润湿性差，需配用润湿剂。涂料的色浆接受性差，易于出现调色障碍，但其价格便宜，用于白漆制备，添加量低。不适合基础色漆的制备。
　　wⅡ：亲水性丙烯酸酯共聚物，其离子浓度大大降低。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，尚依赖空问位阻使分散体得以稳定。由于HLB值适中，配漆性能良好。
　　wⅢ：线型大分子离子型或非离子型化台物，大部分为聚氧乙烯类活性剂．由于其相对分子质量低，聚集态易于流动。一端具有高密度活性基团结构的品种。用于无机颜料的分散，性能优良；一端具有平面大π键环结构或亲颜料基团的品种，用于有机颜料和炭黑，此类助剂的HLB值与wⅡ类相似，但具有水溶性，可能会从涂膜中游离，有损涂层的理化性能。此类助剂也有疏水性的品种。
　　wⅣ：疏水性共聚物分散剂。此类分散剂大部分也是丙烯酸类，但基本不呈现离子性。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。其H1B值低，制备颜料浆时提供适宜的剪切力，既适宜分散无机颜料，又可分散有机颜料和炭黑，是水性分散剂的开发方向，虽然其用量为离子型助剂的数倍，但同时作为载体树脂，所得颜料浆具有优良的展色性和稳定性。它不可逆的水溶性且相对分子质量高，可用作成膜物，不会产生副作用。
　　wV：用于阴极电泳涂料的阳离子型共聚物分散剂，如丙烯酸共聚物接枝Pu，主要用于工业在线涂料，不宜与阴离子助剂复配。
　　将助剂在50一70℃烘干，再用水试验其溶解性．结果会出现溶解、乳浊、不溶3种情况。分别代表：水溶性、亲水性、疏水性。
　　水性分散剂除具有上述的一般特性外，尚需关注它们在涂料组分中的混溶性。除前述的基础涂料对色浆的接受性外，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有利于增强和稳定增稠系统的作用，并且改善涂料的光泽另外，wⅡ、wJV分散剖无需润湿剂配合。
　　2溶剂型润湿分散剂
　　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．所以形成品种众多的分散剂系列。溶剂型润湿分散剂也象水性助剂那样有离子型、非离子型、还有相当数量的具有阳离子结构特征的产品，相对分子质量从数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。
　　2．1低相对分子质量分散剂此类助剂是现代高分子分散剂的前身，相对分子质量介于400～2000。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。它不会赋予涂层亲水性，机理上是多元酸的羧基紧密排列在基底(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。
　　其缺点是相对分子质量低，小能形成有效的位阻空间，不适宜分散有机颜料和高色素炭黑；所能达到的细度值和流动性有限；用于工业涂料有泛黄倾向。但它们的低极性特征，使其能溶于脂肪烃类溶剂。因此，广泛用于传统涂料以及溶剂型丙烯酸建筑涂料中。
　　2．2高相对分子质量分散剂此类助剂又称超分散剂，是现代分散剂的主流产品。前已述及，在溶剂型涂料中介质的低介电常数使静电斥力机制不能发挥作用．为了稳定颜料，特别是有机颜料和炭黑的分散，必须开发高相对分子质量的分散剂，使空间位阻成为主要作用方式。大体上，超分散剂有以下3类：
　　OI：聚酯主链结构的活性衍生物。其典型结构如下：
　　[T-(O-A-c-0)n-]p-z
　　式中：A——c8-20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，p≥2。
　　其中，[T(OACO)n]p:z=5：1～20：l(m/m)。该类分散剂可用于中高极性的工业涂料和粉末涂料。
　　oⅡ：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，并以叔胺和环结构为锚固基团。它适用于冲高极性体系中各种颜料的分散，性能较为全面，形成的色浆粘度低，展色性优异。
　　在溶剂型涂料中对颜料分散提出较高要求的品种是汽车涂料等工业涂料，使用最高等级的色素炭黑和有机颜料，所用的介质也以含氧溶剂为主。普通中、低相对分子质量分敞剂难以胜任这种需要，但Pu型高分子分散剂出色地应对了这种需要，然而，由于此类助剂成本较高，且由于它的高极性，不适用于低极性涂料品种。
　　OⅢ：接枝丙烯酸共聚物。此类助剂由于存在游离的羧基等，也可用于水性系统，其相对分子质量高，分散能力略逊于Pu分散剂。稳定性与PU分散剂一样好，价格适中。适用范围广，普通上业涂料，从低极性到高极性均可应崩。
　　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地溶于涂料，起到稳定分散状态的作用，这也足保障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。
　　根揣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]等特殊结构的分散剂正在开发中，并不断有新产品问世。

天上人间9527

润湿剂的亲水亲油平衡值(HLB)高，则水溶性好；反之，则活性大。过高的HLB值，容易导致涂料对色浆的接受性变差，易于出现浮色、发花等缺陷。色浆与基础涂料之间的HLB值差距过太，可能是水性涂料凋色故障的主要原因。

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又称亲水亲油平衡值，是显示表面活性剂适用范围的数值。HLB值3～6为油包水型(W/O)乳化剂；7～9为润湿剂；8～18为水包油型(O/W)乳化剂；13～15为洗涤剂；15～18为增溶剂。HLB值测定方法很多，主要有实验法和计算法，后者较为方便。

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颜料润湿

润湿阶段包括在颜料表面和团聚体内部(水、氧、空气和/或处理介质)用树脂溶液替代被吸附的物质。

初始尺寸的颜料微粒在完全润湿后，能增强液体涂料的性能，这些性能强烈依赖于颜料微粒和粘接剂体系间的相互作用。分散剂吸附于颜料表面，促进液体/固体界面的相互作用，并使空气/固体界面被液体/固体界面代替。   
图 1 : 空气和水被树脂置换


润湿效率主要依赖于颜料和介质的相对表面张力，也就是混合物的粘度。吸附机理取决于颜料的化学特性和所用的分散剂类型。

热力学的考虑：

自发的润湿作用(润湿固体表面)由最小化的表面自由能引起。强制的润湿作用(非润湿环境中)需要外部作用，当外部作用消除后则自发的反润湿过程将产生。

润湿的热力学条件是液/固间的粘附力(Wa)尽可能高，对于无约束的润湿，至少需要高于内聚力(Wk)的一半：Wa> Wk。

液体向粉末的渗透速率可以用Washburn方程式(1921)来解释：  
图 2 :Washburn方程式


h是经过时间t的渗透深度(或高度)，- 是润湿液体的表面张力，-粘度， - 润湿角， r-毛细管半径，C- 结构系数，与多孔结构参数有关， W-润湿能量(热量)。

使用润湿剂和/或低粘度及表面张力的粘接剂，可加强分散过程的润湿作用。另一方面，在溶解或研磨前，颜料/粘接剂的预混将有助于完成润湿作用，并始终促使分散容易进行，加速分散进程。

[ 本帖最后由 lyuanqing 于 2008-8-9 16:11 编辑 ]

lyuanqing

分散剂家族

介绍 涂料和油墨工业中分散剂的选择是一个关键因素。配方设计师必须选择最合适的分散剂品种以适应产品用途，满足涂料、涂料体系(水基、溶剂基等)及其它添加剂的需求。

分散剂的作用是增进分散过程，确保获得精细的粒径，并提高颜料在树脂溶液中的稳定性。根据较早的研究，一个高效的分散剂具有三种主要功能：颜料的润湿、分散及稳定。用于水基和溶剂基涂料的分散剂通常是不同的。

根据其化学结构，分散剂分为两种类型：

聚合物分散剂


表面活性剂
这两种分散剂主要的区别在于分子量、稳定机理及降低稳定性方面。

混世魔王

如何判定色浆与基础涂料之间的HLB值差距

Simonaa

好多高手，向大家学习了。

janetsouthsea

非常有用的资料，谢谢

阿伦小小人

很好的解答，谢谢楼主

whhigh

好！学习了！！！

bdykc

花王的L-18属于哪一类分散剂

aahhxx

好好学习，天天向上。

核心化学

bdykc 发表于 2013-11-11 12:11
花王的L-18属于哪一类分散剂

阴离子和胺类表活的复配物

bdykc

核心化学 发表于 2013-12-14 16:49
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复配物？它的介绍说是聚羧酸型的。

pishuang

高手，赞一个！

假和尚

学习了

chenzuyi

学习学习

rpf13608096388

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