润湿分散剂在涂料工业中的应用及其研究进展

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（ 1 华南理工大学化工研究所； 2 华南理工大学环境科学与工程学院，广州 510641 ）

  
摘要：介绍了涂料中颜料的分散机理，详细论述了润湿分散剂在溶剂型涂料和水性涂料中的分类，综述了国内外各类润湿分散剂的研究进展。

● 关键词： 润湿分散剂；涂料工业；润湿分散剂



•  引言
润湿与分散是涂料制备的重要工艺过程。由于涂料品种的多样性，所使用的相关润湿分散助剂也品种繁多。涂料助剂用量虽少，但对涂料性能有很大的影响。

颜料分散是相当复杂的。一般认为有润湿、粉碎、稳定三个相关过程。润湿是指用树脂或添加剂取代颜料表面上的吸附物如空气、水等，即固 / 气界面转变为固 / 液界面的过程；粉碎是指用机械力把凝聚的二次团粒分散成接近一次粒子的细小粒子，构成悬浮分散体；稳定是指形成的悬浮分散粒子在无外力作用下，仍能处于分散悬浮状态。润湿分散剂能缩短研磨分散时间，降低能源的消耗，保证涂料分散体系处于稳定状态，对涂料的诸多性能都起着决定性作用。

•  润湿分散机理
润湿剂、分散剂一般是表面活性剂。润湿剂主要是降低物质的表面张力，其相对分子质量较小。分散剂吸附在颜料的表面上产生电荷斥力或空间位阻，防止颜料产生有害絮凝，使分散体系处于稳定状态，一般相对分子质量较大，但目前也有相当一部分具有活性基的高分子化合物作为润湿分散剂使用。分散剂若使用得当，不但能防止颜料沉淀，使涂料具有良好的贮存稳定性，而且能改善流平性，防止颜料浮色发花，获得均一色彩的涂膜，提高颜料的着色力、遮盖力，增加涂膜的光泽；还能降低色浆的黏度、增加研磨色浆中颜料的含量、提高研磨效率，达到节省人力和能源的效果 [1] 。润湿和分散过程是一个统一连续的过程，所以润湿剂和分散剂又是很难区分，有的助剂兼备润湿和分散的功能。

•  溶剂型涂料用润湿分散剂的分类
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，同时也是分散剂，只不过它们的相对分子质量低，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，也像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。相对分子质量从数百量级的普遍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，由于介质普遍不像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 [2] 。

•  天然高分子
卵磷脂是这类添加剂的代表产品，它是由磷酸酯盐型的阴离子部分和季氨盐的阳离子部分构成的两性表面活性剂，较早被应用于涂料和油墨中。

•  合成高分子类
这类助剂大多由长链的多氨基酰胺与各类羧酸的盐构成，属于电中性的界面活性剂，能和大多数涂料用树脂相容，所以应用范围较广，它的吸附基较多，可在颜料表面形成较厚的牢固的吸附层，提高了颜料分散的稳定性，起到防止浮色发花的作用。徐宗器，等 [3] 利用活性聚合方法制得活性聚合物型颜料分散剂，用这种方法制得的分散剂，锚定基的数目固定，极性基团有规则地排列吸附颜料，可溶剂化链的链长相同，它们在颜料表面上能牢固吸附，形成的溶剂化层厚度均匀，可满足汽车涂料等高装饰性涂料的要求。孙淑珍，等 [4] 研制了胺烷基化聚羟基酸酰胺类超分散剂，此类超分散剂能够溶于所有常用有机溶剂，用于铜酞菁等多种颜料，用于涂料和油墨的生产可使研磨浆中颜料浓度增加，使颜料更快地破碎，降低研磨时间。孙波，等 [5] 合成了 取代氨端基的聚酯类超分散剂，此分散剂的最大特点是降低了分散体系中颗粒间的相互吸引。 J.A.Simms ，等 [6] 合成了含羟基的聚酯类超分散剂，此分散剂的羟基组分与丙烯酸多羟基化合物有很好的相容性，能取得很好的分散效果。

•  多价羧酸类
这类助剂多是由三烯酸和不饱和的多元酸或酸酐聚合而成的，它们能使涂料分散体具有一种结构粘性，可以形成假塑性流体或触变流体，这类分散剂能使颜料形成一种很强的絮凝分散状态，因此对防止颜料的浮色发花特别有效。

•  嵌段高分子共聚物
嵌段高分子共聚物是亲油和亲水的化合物通过嵌段共聚合成高分子聚合物。该类分散剂具有颜料的吸附部分和在溶媒中伸展部分，吸附牢固度强、吸附层厚度大，因而具有良好的空间位阻效应。日本有专利 [7] 介绍了一种用于油墨中颜料分散的嵌段聚合物分散剂，该嵌段聚合物组成为：聚硅氧烷（ 33% ）、氧化烯烃不饱和酸的酯类（ 33% ）、含成盐基团的丙烯酸酯类单体（ 33% ）、其它不饱和化合物（ 1% ）。

•  特殊乙烯类聚合物
这类添加剂具有低聚物相对分子质量。属于高分子活性剂，作为分散稳定剂、润湿剂。根据相对分子质量和组成不同，还可作流平剂、消泡剂使用。

•  水性涂料使用的润湿分散剂
在水性体系中介质的表面张力远高于粒子的表面张力，有机颜料被润湿的能力较在有机溶剂中低很多，为了提高颜料的分散性，通常采用表面活性剂来降低水的表面张力，增强颜料的润湿性。水性分散体的稳定性主要依靠电荷斥力，但结构吸附层的空间位阻作用也得到广泛的应用 [8] 。水性涂料中颜料的分散不仅与颜料的类型有关，而且与体系中基料的类型有很大的关系，并且在水性涂料中要达到较好的分散效果，往往需要多种添加剂的复配，这点与溶剂型涂料有较大差别 [9 , 10 ] 。

•  水性涂料用润湿剂
润湿剂都是一些相对分子质量低于 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 7.2 × 10 － 4 N / cm 降至 4.0 × 10 － 4 N / cm 以下，从而有利于分散剂对颜料的作用。阴离子型的润湿剂有二烷基（辛基、己基、丁基）磺基琥珀酸盐、烷基奈磺酸钠、蓖麻油硫酸化物、十二烷基磺酸钠、硫酸月桂脂、油酸丁基酯硫酸化物等。阳离子型的润湿剂有烷基吡啶盐氯化物。非离子系的有烷基苯酚聚乙烯醚、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯乙二醇烷基酯、聚氧乙烯乙二醇烷基芳基醚、乙炔乙二醇等。

•  水性涂料用分散剂
•  无机类
无机类有聚磷酸盐（焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠、六偏磷酸钠等）。硅酸盐（偏硅酸钠、二硅酸钠）。由于磷酸盐进入水体会造成富营养化，考虑环境问题，磷酸盐类分散剂的应用将会得到控制。

•  有机类
有机类有阴离子型、阳离子型、非离子型的 3 类。烷基聚醚硫酸酯、烷基芳基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基钠磺酸盐、二烷基磺基琥珀酸盐、烷基苯磺酸盐、脂肪酸酰胺衍生物硫酸酯、蓖麻油硫酸化物、聚乙二醇烷基芳基醚磺酸钠等为阴离子型。烷基酚聚乙烯醚、二烷基琥珀酸盐、山梨糖醇烷基化物、聚氧乙烯烷基酚基醚等为非离子型。烷基吡啶鎓氯化物。三甲基硬脂酰铵氯化物等为阳离子型。有机分散剂效果通常好于无机分散剂，特别是对于低极性、易絮凝、难分散颜料（如酞菁蓝、酞菁绿及炭黑等）更为适用。蒋亚清，等 [ 11 ] 合成一种氨基磺酸盐分散剂对常用颜料、填料具有优异的分散效果，相对于聚丙烯酸盐分散剂相比具有用量少，分散性能优越，价格低廉的优点。

•  高分子类
高分子类有聚羧酸盐、聚丙烯酸衍生物、聚甲基丙烯酸衍生物、顺丁烯二酸酐共聚物、缩合萘磺酸盐、非离子型水溶性高分子等 [ 12 ] 。聚丙烯酸盐是此类分散剂中应用较广的一类，聚丙烯酸盐附着在颗粒表面起缓冲作用，在颗粒之间形成空间位阻，起到位阻稳定的作用。然而由于它的极性较小，在颜料表面产生的电荷密度小，静电稳定作用较弱，通常可以通过与聚磷酸盐分散剂配合使用的方法解决此问题 [ 13, 14 ] 。在羧酸类分散剂中引入特种功能性单体 [ 15 , 16 ] ，如含磺酸基、氨基等功能性单体，以改善分散剂性能，减少分散剂用量。周晓东 [ 17 ] 研制了大分子萘磺酸甲醛缩合物的钠盐（ PD ），此分散剂对颜料的选择性很强，特别是对最难分散的炭黑颜料，分散性能优良，当与阴离子和非离子混合使用时性能更佳。 Albano Maria P ，等 [ 18 ] 用聚丙烯酸铵做分散剂，涂料配方中有假勃姆石粉末、氢氧化铝粉末、 Si 3 N 4 粉末、拜耳石粉末，用聚丙烯酸铵分散于水中制成了体积固含量为 11.8 % 的涂料。

•  结语
涂料在现代工业中发展突飞猛进，而高端涂料市场中，国有品牌的占有率仍然较低，这与我国作为涂料消费大国的现状极不相适应。涂料由于其自身的生产特点，高性能的涂料很大程度上是依赖于助剂的作用，而润湿分散剂又是助剂中非常重要的一种，相信润湿分散剂必将得到更加广泛深入的研究。