BMCWettingAgent润湿分散剂教材

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添加润湿分散剂能加速涂料体系颜料与填充物之间的混合。正确的着色过程决定涂膜的光学性能和遮盖力。优化颜料分散过程，即使刚生产的涂料或涂料经储藏和涂布后均能保持颜料均布。颜料混合过程能引起许多问题：

1 难湿润微粒之间的混合

2 高粘性漆浆

3 颜料沉积

4 缺乏颜色定位

5 松垂

6 颜料浮色

7 颜料漂移（贝纳尔晶胞）

8 不规则的光泽

9 遮盖力差

10 色彩强度不够

11 色彩重复性差

涂料中添加合适的润湿分散剂后，能避免上述绝大部分问题。

颜料和填料的形状

研究发现，直径在~微米之间的颜料添加到涂料中，能获得最佳的色彩强度、光泽度、遮盖力和耐气候性。大多数商用颜料，其微粒直径在此范围内，颜料形状各不相同：从规则的六面体（二氧

C

化钛）、扁平状（云母）、球状（氧化锌）到多孔状（碳黑）不等。除颜料类型不同外，同种颜料的微粒大小也不尽相同。这些不同的颜料微粒组分可归类为：基本微粒、聚集体和颜料块（图2）

颜料生产中出现的最小颗粒为基本微粒。基本微粒以单晶体或晶体簇的形式存在。基本微粒以面面接触的形态结合成一团，则成为聚集体。最大的颜料颗粒（由基本微粒集合而成）聚集成团并以范德华力和聚集体结合在一起形成颜料块。

当基本微粒、聚集体和颜料块表面被粘结剂或分散剂遮盖时，便形成絮凝状颗粒。若被絮凝状颗粒吸附的分子间发生相互作用，则颜料微粒之间相互结合在一起形成絮凝状沉淀。

颜料基本微粒和聚集体的形状尺寸由颜料制造商提供。所有的颜料粉末中都会出现颜料块，但是涂料中不允许含有这些大颗粒的颜料，然而，絮凝颗粒对涂料性能却有积极作用，它能维持色彩均匀。在涂料生产过程中，对存在的颜料块必须进行粉碎处理，同时避免重复结块，若需要可添加防止结块的助剂。

颜料的混合活性、微粒分离，均布于液相构成颜料的分散过程。

分散过程中的变化

分散工艺是涂料生产中最重要的复杂工艺之一，颜料必须均匀分散在漆浆、含颜料的浓缩混合物、粘结剂、溶剂和湿润分散助剂之间。提高颜料/粘结剂比例有助于改善润湿过程和减少润湿分散助剂用量，减少颜料表面的沉积量，分散过程按下列三种紧密相连的步骤进行：

1 润湿

润湿过程中，颜料表面的空气被液体漆浆取代，这是一种简单的向颜料提供极性的过程。溶剂型涂料添加疏水性有机颜料或水基涂料中添加亲水性颜料均有类似过程。若涂料中的颜料缺乏极性表面，则必须添加润湿助剂。

2 粉碎颜料块，润湿新产生的颜料表面

用剪切力粉碎颜料块。在工业上，粉碎过程采用专用设备（溶解器、颗粒粉碎机、三相轧钢机等），剪切能量在粉碎设备和颜料微粒之间传递，此过程受添加剂的影响很小，为了阻止颜料块的重新聚合，新产生的颜料表面必须润湿。

3 分散过程的稳定化

颜料固体经最优化分散后，其状态必须稳定。颜料表面添加分散剂，其产生的吸引力能使颜料表面处于稳定状态（图3），有两种不同的稳定化机理：

（1）静电稳定化，在水基涂料体系中特别重要。

（2）立体稳定化，在水基涂料体系或溶剂型涂料中均十分重要。

当单个固体微粒带有相同的极性电荷时，即发生静电稳定化过程：微粒之间相互排斥，阻止颜料块的形成。静电稳定化过程，由于在固体微粒中添加少量添加剂便能获得足够的稳定作用，因而十分有效。

立体稳定化过程的必要条件是：湿润分散剂分子部分固定在颜料表面，另一部分分子进入周围的液体中，这部分分子与粘结剂/溶剂体系具有良好的互溶性。两种润湿颜料微粒相互靠近，将液体内部的聚合物压缩在一起或取代部分溶剂层。因而，被吸附的聚合物分子的流动性受到限制，微粒之间相互排斥，避免了聚集体和絮凝状颗粒的形成，保持了分散系的稳定性。

高效的稳定化过程需要足够厚度（~）的稳定层和颜料表面足够浓度的固定基团。一些颜料需要相对较大量的分散剂，有的与颜料重量相当。

湿润分散剂的生产过程

溶剂型涂料和水基涂料体系中，添加剂固定吸附于颜料表面形成稳定的分散体系。溶剂取代颜料表面的空气后并不形成稳定的分散体系。为达到长期稳定，湿润分散剂中须包含不易被溶剂进一步取代的亲合官能团，含酸性官能团的添加剂通过极性力与无机颜料和填充物化合；含氨基官能团的添加剂固定于有机颜料表面。单位分子内含有不同固定基团的物质特别有效。将一种固定基团从颜料表面分离不会引起整个添加剂分子脱离颜料表面，一种添加剂分子可能含紧密相连的几种固定基团。

溶剂型涂料中使用的高效添加剂包括：

1 酸类，通常含有多个酸性官能团化合的疏水性构架。

2含碳或聚碳酸的经长链胺基中和后的盐类（电中性盐类）。

3 含侧连胺和易溶于溶剂的长链非离子聚合物。

水基涂料中使用的高效添加剂包括：

1 用胺中和的丙烯酸共聚物

2 脂肪酸、芳香族、乙醇类乙氧基化合物

3 聚丙烯酸、缩聚磷酸盐

4苯乙酸/丙烯酸共聚物溶液

应用

按照化学结构将润湿分散剂进行分类，只能得到有限的关于它们专用效果的部分结论。根据这些添加剂的功能便可得到较好的分类：是否为抗絮凝剂或是絮凝调节剂，这种分类不适用于水基涂料体系。

抗絮凝剂（降稠剂）

当颜料基本微粒和聚集体之间相互分离至独立组分时，便获得最佳的抗絮凝效果，这有助于产生：

1 良好的流动性能

2 高光洁度

3 最大限度的遮盖力

4 优化色彩强度

5 提高透明度

颜料微粒处于非絮凝状态的不利因素是颜料易沉淀。

絮凝作用调节剂

调节絮凝作用有助于颜料最大限度的色彩展开，有助于调节颜料的流动性。颜料沉降速率是微粒尺寸和密度的函数，较大的颜料微粒其沉降速率较快。

干漆中的移动流能将富集溶剂的物质传递到表面，在此过程中，一些较小的颜料微粒随溶剂一起移动，在混合型颜料体系中，其结果是涂料表面细小的颜料微粒浓度较高，这种现象称为颜料浮色过程。颜料浮色现象可用以下介绍的脱色试验测定。通过控制较小微粒之间或与较大颜料微粒之间的絮凝程度，能有效阻止颜料发生浮色现象。

贝纳尔晶胞的形成（详细讨论请参阅表面添加剂部分），同样能分离具有不同流动性的颜料。较小的颜料微粒聚集于流动最强的贝纳尔晶胞边缘，而较大的颜料微粒聚集于流动性较差的晶胞中心，这种现象称为颜料漂移。

当涂料涂布于垂直物体的表面时，贝纳尔晶胞发生变形，这种现象称为条纹或丝光效应。表面活性剂，如改性硅氧烷，能抑制贝纳尔晶胞的形成，将颜料漂移转化为颜料浮色。通过控制絮凝作用，使颜料微粒尺寸相同时，能消除颜料浮色和颜料漂移。

抗絮凝剂通过调节颜料微粒之间的相互作用而起作用，这种调节作用通过分散剂分子官能团在溶剂/粘结剂混合物中有限的溶解度获得。

分散剂中聚合物组分产生吸引力，使润湿的颜料微粒彼此紧密接触，颜料微粒之间的作用力比无分散剂时聚集体微粒表面之间的作用力明显降低。添加合适的分散剂，能部分降低颜料絮凝程度，克服较低的剪切力。在非极性涂料体系中，分散剂的极性官能团之间吸附使得涂料具有触变性能，当涂料涂布于垂直物体表面时，不会发生涂料沉积现象。

湿润分散剂的评价

总体上，湿润分散剂的评价基于以下几点：

1 达到均匀分散的时间长度

2 取得的光洁度

3 所需分散剂的数量

4 絮凝程度

5 控制颜料浮色和漂移

添加的分散剂不能引起涂料产生浑浊纹理或光洁度明显降低。添加剂在浓缩粘结剂溶液中的溶解度也是选择添加剂的标准之一。粘结剂中含有的添加剂其弱不透明有助于添加剂分子官能团的键合，这并不会减低成品涂料的光洁度。

添加湿润分散剂不能有效防止颜料沉积，同时必须明确区分颜料的硬沉降和软沉降过程。硬沉降由分散剂吸附不充分引起，它通过颜料微粒表面之间的相互作用力重新形成颜料絮凝聚集体，硬沉降的颜料须用高剪切作用力才能重新混合。硬沉降过程采用大剂量的分散剂或选择更合适的添加剂可避免。软沉降过程由完全湿润的颜料之间的絮凝程度不足引起。如前所述，这些絮凝物通过简单搅拌即可粉碎，颜料微粒较易重新混合。

最佳测试方法

磨损测试

该测试可使颜料浮色可见化并易于测量。部分干漆薄膜以细绒毛或毛刷的形式从涂料表面脱落，若分离颜料或使之产生强絮凝作用，则脱落的机械过程能使颜料重新均布。颜料浮色程度可由脱落的薄膜和原先薄膜色彩差异来确定。脱落效应同时具有积极和消极影响。例如，颜料脱落薄膜的色彩强度高于未脱落薄膜的色彩强度，这有助于白色颜料的浮色，而消极作用正好相反。

扯裂试验

为了评价抗絮凝剂和弱絮凝剂的相溶性，采用透明涂膜进行扯裂试验，湿润添加剂的相对量用来评价其光泽度，光泽清晰度和透明度。

脱落率与色彩强度和脱落与未脱落之间薄膜的反射率有关，正值说明脱落处薄膜比较黑暗，而负值，则说明脱落处薄膜比较明亮。