分散剂是一种高度专业化的添加剂,用于在各种连续相材料(如溶剂、水和塑料)中润湿、分散和稳定固体颗粒。使用分散剂的目的是降低粘度,增加分散体的稳定性,同时提高最终涂层的美观性。
被分散的固体颗粒通常是颜料,但也可以是二氧化硅消光粉、蜡、导电颗粒(碳、石墨烯、碳纳米管等)、无机填料(碳酸钙、滑石粉、硫酸钡等),甚至是稀有金属(金、银和铂)——可以是任何分散在连续相物质(液体或固体)中的固体颗粒。
通过降低粘度,分散剂可以使分散体更具可操作性,同时也通过增加颜料添加量和分散率来帮助提高生产力的经济性。
分散剂的使用带来了运输方面的优势:由于分散体中添加了更多的颜料,相应减少了溶剂含量,可以使其更容易处理和运输。同时也能够将分散体添加到种类更为广泛的基料当中,配方的灵活性也得到了提高。
No.1
分散剂结构
典型的分散剂是双组分结构,由能够强烈吸附在颗粒表面的锚定基团和连接到锚定基团并提供稳定作用的聚合物链段组成。锚定基团吸附于分散颗粒表面,聚合物链段溶解于溶剂和树脂体系,依靠空间位阻稳定原理,防止分散体中的颗粒发生絮凝或变为凝胶。
为了实现这种稳定性,人们设计出了许多种分散剂结构,因为所有颗粒有着不同的表面特性,同时许多介质(水、溶剂、紫外光固化单体、树脂)的极性差异也很大,而不同的锚定基团易于吸附的颗粒表面也不同。正是锚定基团与聚合物链段的特殊组合决定了分散剂的有效性。
No.2
分散过程
分散过程包括三个阶段:
颗粒润湿(预混合)
颗粒分离(通过机械手段实现)
颗粒稳定(克服范德华力)
使用有效的分散/稳定剂可以改善第一和第三阶段,而第三阶段对于优化系统的性能最为关键,这是因为第三阶段对分散体系的最终质量和稳定性至关重要。
分散剂通过空间位阻稳定原理来实现系统的稳定性,空间位阻稳定的基础则是通过聚合物材料吸附于颗粒表面来克服范德华力。有效稳定所需要的特性为:
稳定聚合物对颗粒表面的强力吸附
最佳链长(太长会折叠并压缩空间位阻;太短则无法克服范德华力)
在分散过程使用的介质中具有良好的溶解性
溶剂挥发后,分散剂与树脂的相容性
No.3
如何添加分散剂?
大多数分散剂是可倾倒的液体,也有一些是蜡状或颗粒状的固体。理想情况下,应当在进行颗粒分离的机械分散过程之前——在应用机械能量之前添加分散剂。添加分散剂的最佳时间是在研磨起始阶段(主要成分是树脂和溶剂或水),这样可以确保分散剂在添加颜料之前已经充分溶解。随着机械分散将颗粒表面暴露出来,分散剂吸附于颗粒表面可以产生最佳效果。分散剂会包覆在可用颗粒表面并防止颗粒重新聚集在一起,从而降低粘度。当然,在某些情况下也可以后添加分散剂,以提高分散结束时的稳定性或颜色,但分散剂不会经过最初的研磨阶段。提高分散体的质量和稳定性会有效提高涂层质量,减少颜料的平均粒径也能够增加着色力。同时对光泽、透明度和亮度方面也有相应的好处。然而,如果无法保持分散体中的颗粒稳定性,那么最终性能的改善也就无法实现。
超分散剂包括分子量较低、利于润湿的单锚、单链分散剂,“梳状”结构分散剂,以及能够提供更高稳定性的多锚分散剂。
针对某些极难分散的非极性颜料,开发出相应的相乘剂,与分散剂配合,大大提高了颜料的分散效率。世界各地的配方设计师都在使用超分散剂来满足多种应用需要,包括油漆和涂料、印刷、包装、塑料、复合材料以及电子应用。