超分散劑在顏料分散中的應(yīng)用
超分散劑又名超級(jí)分散劑,一種特殊的表面活性劑,分子結(jié)構(gòu)含有兩個(gè)在溶解性和極性上相對(duì)的基團(tuán),其中一個(gè)是較短的極性基,稱為親水基,其分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其很容易定向排列在物質(zhì)表面或兩相界面上,降低界面張力,對(duì)水性分散體系有很好的分散效果。用于水性體系顏料分散的分散劑可以分為三類:
▲無機(jī)分散劑,如聚磷酸酯,硅酸鹽等;
▲有機(jī)小分子分散劑,如烷基聚醚或磷酸鹽類的陰離子型表面活性劑;
▲超分散劑,如聚丙烯酸鈉鹽,丙烯酸-(甲基)丙烯酸共聚物等。傳統(tǒng)分散劑其分子結(jié)構(gòu)存在某些局限性:親水基團(tuán)在極性較低或非極性的顆粒表面結(jié)合不牢靠,易解吸而導(dǎo)致分散后離子的重新絮凝;親油基團(tuán)不具備足夠的碳鏈長(zhǎng)度(一般不超過18個(gè)碳原子),不能在非水性分散體系中產(chǎn)生足夠多的空間位阻效應(yīng)起到穩(wěn)定作用。為了克服傳統(tǒng)分散劑在非水分散體系中的局限性,開發(fā)了一類新型的超分散劑,對(duì)非水體系有獨(dú)特的分散效果,它的主要特點(diǎn)是:快速充分地潤(rùn)濕顆粒,縮短達(dá)到合格顆粒細(xì)度的研磨時(shí)間;可大幅度提高研磨基料中的固體顆粒含量,節(jié)省加工設(shè)備與加工能耗;分散均勻,穩(wěn)定性好,從而使分散體系的最終使用性能顯著提高。常用于水性體系顏料分散的兩類超分散劑為聚電解質(zhì)超分散劑和非離子型超分散劑,他們的結(jié)構(gòu)為無規(guī)共聚物,接枝聚合物和嵌段共聚物等。超分散劑的結(jié)構(gòu)由兩部分組成:?錨固基團(tuán):常見的有-R2N、-R3N+、-COOH、-COO-、-SO3H、-SO2-、-PO42-.多元胺、多元醇及聚醚等,它們可通過多種鍵能的相互作用在顆粒表面形成多點(diǎn)錨固,提高了吸附牢度,不易解吸;?溶劑化鏈:常見的有聚酯、聚醚、聚烯烴及聚丙烯酸酯等,按極性大小可分為三種:低極性聚烯烴鏈;中等極性的聚酯鏈或聚丙烯酸酯鏈等;強(qiáng)極性的聚醚鏈。在極性匹配的分散介質(zhì)中,溶劑化鏈與分散介質(zhì)具有良好的相容性,在分散介質(zhì)中采取比較伸展的構(gòu)象,在固體顆粒表面形成足夠厚度的保護(hù)層。
超分散劑的選用主要考慮兩個(gè)因素:一是顏料粒子的表面性質(zhì)。如表面極性,表面酸堿性,表面官能團(tuán)等。(1)對(duì)表面極性較強(qiáng)的大部分無機(jī)顏料及部分有機(jī)顏料,選用可通過偶極-偶極作用,氫鍵作用或離子鍵作用形成單點(diǎn)錨固官能團(tuán)的超分散劑。(2)對(duì)低極性表面的大部分有機(jī)顏料及部分無機(jī)顏料,選用含多點(diǎn)錨固官能團(tuán)的超分散劑,通過多點(diǎn)錨固以增強(qiáng)總的吸附牢度。有機(jī)顏料多使用超分散劑,使用時(shí)首先要注意樹脂與分散劑的相容性,相容性不好的超分散劑的伸展鏈?zhǔn)蔷砬模綄颖?,空間位阻效應(yīng)差。(3)一般錨固基團(tuán)是氨基的超分散劑對(duì)酸性顏料效果比較有效,錨固基團(tuán)是酸基的對(duì)堿性顏料效果比較有效。二是分散介質(zhì)的極性及其對(duì)超分散劑溶劑化鏈段的溶解性。每種顏料的分散效率都是顏料,樹脂溶液,助劑三者作用的結(jié)果,溶劑作用也很大,主要是分散介質(zhì),對(duì)顏料的運(yùn)勢(shì)和分散式起到間接作用的。為使超分散劑對(duì)顏料粒子在水溶液的分散具有足夠的空間穩(wěn)定作用,應(yīng)使其溶劑化鏈段在介質(zhì)中取得足夠伸展的構(gòu)象。為此應(yīng)選擇與水溶液具有很好相容性的溶劑化鏈。
超分散劑的鑒別
超分散劑由于具有更好的分散活性。在同樣的加工粘度下,可以大幅度提高漿料中的顏料含量,進(jìn)而提高加工效率,或者在相同顏料含量下,漿料具有更低的粘度。僅從這一特性,也可以區(qū)分高分子分散劑和低分子分散劑。特別是用難以分散的炭黑做實(shí)驗(yàn),很容易區(qū)別開來。一般低分子分散劑在高含量的炭黑分散中很難起到效果,潤(rùn)濕不夠,進(jìn)而造成顏料不能很好的分散,漿料粘度過高。而使用超分散劑就能很好的解決這個(gè)問題。
超分散劑具有更好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。用超分散劑生產(chǎn)的色漿具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性,可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存,低分子分散劑制備的色漿往往穩(wěn)定性差,特別是用冷熱循環(huán)條件試驗(yàn),低分子分散劑制備的色漿很容易反粗或是絮凝。
超分散劑都有類似樹脂的特性,其分子量達(dá)到甚至是超過了涂料樹脂。根據(jù)這一點(diǎn),可以很方便的鑒別。取適量分散劑,置于烘箱中烘干,如果得到的殘留物是固體的樹脂膜,則為高分子分散劑。需要注意的是,標(biāo)準(zhǔn)概念的超分散劑烘干后是淡黃色或者黃色的樹脂膜,如果殘留物是透明脆性的樹脂膜,這只能算是改性的丙烯酸樹脂,雖然具有一定的分散效果,但是仍然不能稱之為高分子分散劑。
超分散劑的應(yīng)用
為獲得最佳分散效果,超分散劑的應(yīng)用很關(guān)鍵。在加料順序上,如果是無機(jī)顏料,在極性含活性官能團(tuán)的樹脂中可在樹脂前后添加,影響不是很大,因起作用的主要是樹脂,若無活性樹脂,使用超分散劑最好是先加顏料,再加分散劑,最后加樹脂。
分散劑添加量一般根據(jù)顏料表面的特性,尤其是酸堿性,比表面積的大小和形狀來設(shè)定超分散劑的添加量,通常以其在顏料粒子表面形成致密的單分子吸附層為最佳值,過多會(huì)提高成本,影響產(chǎn)品質(zhì)量,過少則達(dá)不到分散效果。每種顏料在一個(gè)特定的分散體系中都存在一個(gè)最佳的濃度值,這個(gè)最佳值與顏料的比表面積,吸油量,漿料細(xì)度,砂磨時(shí)間和砂磨樹脂的特性有關(guān),所以使用量一定要適宜,需反復(fù)多次試驗(yàn)篩選而定。