分散剂

1、简介

　　分散剂(Dispersant)是一种两亲性化学品，可以增加油性以及水性组分在同一体系中的相容性。

2、解释

　　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、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等。

　　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。[1]

　　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。

3、作用

　　分散剂的作用是使用润湿分散剂减少完成分散过程所需要的时间和能量，稳定所分散的颜料分散体，改性颜料粒子表面性质，调整颜料粒子的运动性[2]。具体体现在以下几个方面：

　　1、提升光泽，增加流平效果光泽实际最主要取决涂料表面对光的散射(即一定的平整度即可。当然需检测仪器决定是否够平整，不但考虑原生粒子数目，形状，并考虑他们的结合方式)，当粒子粒径小于入射光1/2(这个数值不确定）时，表现为折射光，光泽不会再提高，同理遮盖力依靠散射提供主要遮盖力的遮盖力也不会增加（除炭黑主要靠吸收光，有机颜料忘了）。注：该入射光是指可见光的范围流平说不好；但注意粒子原生数目减少，是减少其结构黏度，但比表面的增加会使自由树脂的数量减少，是否有平衡点说不好，但一般粉末涂料流平并不是越细越好。

　　2、防止浮色发花。

　　3、提高着色力注意着色力在自动调色系统中并非越高越好。

　　4、降低粘度，增加颜料载入量。

　　5、减少絮凝是这样的，但越细粒子表面能越高，需要越高吸附强度的分散剂，但吸附强度太高的分散剂可能造成对涂膜性能的不利。

　　6、增加贮藏稳定性其实原因和上相似，一旦分散剂稳定强度不够，反而贮藏稳定性变差（当然从你的图片上看是没问题的）。

　　7、增加展色性，增加颜色饱和度、增加透明度（有机颜料）或遮盖力（无机颜料）。

　　TEGODispers润湿分散剂帮助颜料润湿与稳定，防止浮色发花以及颜料沉降，在储存过程中保持稳定的颜料遮盖力与色强度，同时确保最大的得色量，最少的研磨步骤。由于这些助剂可降低粘度，分散时能增加到最高的颜料浓度，所以生产的涂料与颜料浓缩浆更具成本效益。推荐TEGODispers757W用于生产水性颜料浓缩浆。对于耐腐蚀水性涂料，它也是首选产品。像TEGODispers750W和TEGODispers755W一样，可满足最高的光学与流变性能要求。对于既适用溶剂型也适用水性配方的通用色浆，TEGODispers65x系列是现有不含乙氧基烷基酚的市场标准产品。TEGODispers656，670和685特别适用于现代溶剂型配方。在UV体系，TEGODispers685适用于所有的颜料，TEGODispers688适用于消光粉。所有的TEGODispers产品均不含乙氧基烷基酚。

4、选择标准

　　一个优良的分散剂应满足以下要求：

　　1、分散性能好，防止填料粒子之间相互聚集；

　　2、与树脂、填料有适当的相容性；热稳定性良好；

　　3、成型加工时的流动性好；不引起颜色飘移；

　　4、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5%。[2]

5、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）0.3%-0.8%，还可作聚烯烃的滑爽剂；乙烯基双硬脂酰胺，也称乙撑基双硬脂酰胺（EBS），是一种高熔点润滑剂，用量为0.5%～2%；硬脂酸单甘油酯（GMS），三硬脂酸甘油酯（HTG）；油酸酰用量0.2%～0.5%；烃类石蜡固体，熔点为57～70℃，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0.5%以下。[3]

　　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（－15℃）~（－35℃），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0.3%-0.5%，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65~90℃，润滑性和热稳定性好，但分散性较差，用量一般为0.1%~0.2%，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（BaSt）适用于多种塑料，用量为0.5%左右；硬脂酸锌（ZnSt）适于聚烯烃、ABS等，用量为0．3%；硬脂酸钙（CaSt）适于通用塑料，外润滑用，用量0.2%~1.5%；其他硬脂酸皂如硬脂酸镉（CdSt）、硬脂酸镁（MgSt）、硬脂酸铜（CuSt）。

　　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。其中以聚乙烯蜡最为常见。[4-5]

　　常用的聚乙烯蜡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10000～20000，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PVC、PE、PP、ABS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(HLBvalue)的分散物形成稳定的分散体系。

　　HPMA简介

　　1、产品性能

　　HPMA是一种低分子量聚电解质，一般相对分子量为400～800，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。

　　2、质量指标符合GB/T10535-1997

　　HPMA质检报告单

　　HPMA质检报告单

　　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/cm3≥1.18

　　3、使用方法

　　HPMA通常以1～15ppm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。

　　4、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。

6、机理

　　1.吸附于固体颗粒的表面，降低液-液或固-液之间的界面张力。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。[1]

7、基本原理

　　选择分散剂

　　分散剂顾名思义，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]

　　在涂料生产过程中，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。

　　双电层原理

　　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。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。它们在介质中成为运动整体，带有负电荷，另一部分反离子则包围在周围，它们称为自由反离子，形成扩散层。这样在表面离子和反离子之间就形成双电层。[6]

　　动电电位：微粒所带负电与扩散层所带正电形成双电层，称动电电位。热力电位：所有阴离子与阳离子之间形成的双电层，相应的电位.

　　起分散作用的是动电电位而不是热力电位，动电电位电荷不均衡，有电荷排斥现象，而热力电位属于电荷平衡现象。如果介质中增大反离子的浓度，而扩散层中的自由反离子会由于静电斥力被迫进入束缚反离子层，这样双电层被压缩，动电电位下降，当全部自由反离子变为束缚反离子后，动电电位为零，称之为等电点。没有电荷排斥，体系没有稳定性发生絮凝。

　　位阻效应

　　一个稳定分散体系的形成，除了利用静电排斥，即吸附于粒子表面的负电荷互相排斥，以阻止粒子与粒子之间的吸附/聚集而最后形成大颗粒而分层/沉降之外，还要利用空间位阻效应的理论，即在已吸附负电荷的粒子互相接近时，使它们互相滑动错开，这类起空间位阻作用的表面活性剂一般是非离子表面活性剂。灵活运用静电排斥配合空间位阻的理论，即可以构成一个高度稳定的分散体系。

　　高分子吸附层有一定的厚度，可以有效地阻挡粒子的相互吸附，主要是依靠高分子的溶剂化层，当粉体表面吸附层达8~9nm时，它们之间的排斥力可以保护粒子不致絮凝。所以高分子分散剂比普通表面活性剂好。[7]

8、测定方法

　　Daniel流动点测定法

　　用滴管向一定量的颜料/颜料混合物中逐渐滴入分散剂的水溶剂，并用小刮刀仔细地研磨均匀，直至研磨后的颜料浆能从刮刀上流下为终点，计算颜料分数剂与颜料之比。

　　加量曲线法

　　向一定量的颜料/颜料混合物制成的很厚的水浆中，在搅拌下逐渐滴入较浓的颜料分数剂溶液，每加一次测一次粘度。作颜料分散剂的量/粘度曲线，最低点为分散剂的最佳用量。

　　浓度/絮凝法

　　用一定量的颜料/颜料混合物制成厚水浆，逐次加入颜料分散剂溶液，并混合均匀，直至从刮刀上可完全流完。在衬有黑色背景的玻璃板上滴1ml离子型增稠剂，再加上一滴已分散的颜料浆。然后轻轻混合均匀。假如发生絮凝，则在颜料浆中再增加颜料分散剂，直至无絮凝发生，按颜料计算此点上的颜料分散剂用量，称之为C-A值（浓度-絮凝值）。

　　注：Daniel流动点适用于溶剂型涂料，在乳胶漆中不太适合。加量曲线法仅适合该水浆本身，在乳胶漆中常有分散剂不足现象，实际应用中须多加（高至加倍）。C-A值更具综合性。最佳分散剂浓度（ODC）通常是用每单位质量的颜料需要的分散剂的量来表示。单位体积的颜料的表面积越大，则ODC越高。

9、对涂料的影响

　　光泽

　　这是衡量涂膜特性的一个指标，光泽越高，反射越强。

　　对优质涂料的光泽来说，颗粒不能大于5微米的，最大3微米。油墨不能超过1微米。涂料中的大颗粒，要么没法有效分散，要么絮凝，或者在配制过程中发生刺激起晶。　聚合物分散剂也可减少由于絮凝而形成的大颗粒，改善光泽。

　　透明

　　这是涂膜的一个特性，透明性越高，越容易看到底层。遮盖力越高，对底层遮盖力越强。

　　光在表面反射和通过的数量决定涂料的遮盖力或透明性。颜料种类及分散程度对此有影响。由于折射率和粒子大小影响，遮盖性颜料对反射光有更大影响。

　　聚合物分散剂通过影响颜料粒径分布（更均匀更窄）来提高透明度。对钛白粉，高折射率和大颗粒可以有效地反射和折射各种波长的光。聚合物分散剂的添加可以提高表面积（减少团聚体，降低粒径），可以进一步提高遮盖力。对于透明颜料，聚合物分散剂改善粒径分布让更多光透过（增加透明性）。

　　相容

　　相容性之所以重要，是因为良好的相容性可以使涂料制造商生产用于多种不同类别树脂产品的分散体系。

　　聚合物分散剂可以提高颜料浓度，不仅增加产量，而且减少从研磨色浆直到最终产品中潜在的介质不相容性问题。所以特别是使用高相容性树脂的条件下，聚合物分散剂扩大了基础涂料的使用范围。这对混合着色涂料生产非常重要。

　　流动/流平

　　流平性是涂料在特定表面扩散的能力。涂料表面缺陷通常由表面张力造成，而且发生相对较快。装饰涂料的刷痕通常也是由流平性不足造成的。

　　理想的流平行为可以用牛顿力学来解释。但是颜料引入体系后，就会发生变化。这是因为颗粒受化学键和物理相互作用影响，非常容易产生触变性和假塑性。

　　由于颜料颗粒在聚合物分散剂作用下更加稳定，流平性增加，所以可以提高牛顿流体特性。对流平性有好处。

　　产量

　　产量指一个工序生产的涂料和油墨数量。分散剂使颜料浓度增加，可以提高涂料产量。适当添加聚合物分散剂，可以降低粘度，增加研磨色浆的颜料含量，从而产量提高。

　　在固定时间内，由于可以分散更多的颜料，这样用相同重量的研磨色浆就可以生产更多产品。明显加快分散速度也可以提高产量。产量提高则机器磨损减少，能耗降低，尤其是降低每公斤最终产品的劳动力成本和固定成本。

　　着色强度

　　涂料着色强度表示色彩色相在应用表面的强烈程度。提高着色强度涂料就会看起来更加明亮，对顾客更有吸引力。

　　通过平衡相互对立的各种因素，可以创造最优研磨条件。降低颜料的平均粒径可以提高着色强度。提高研磨色浆中颜料含量会增加粒子的相互碰撞，提高颜料的破碎率，但是也增加了粘度，降低了研磨的动能，使磨料小球或珠子对颜料的破碎能力下降。

　　使用聚合物分散剂可以改变这种变化。使用分散剂可以研磨更高颜料浓度，使粒子破碎更加迅速，同时防止研磨过程中的粘度升高。最终，分散剂使更细小的粒子碰撞稳定性增加，不絮凝，从而充分发挥其内在的着色强度。