涂料用润湿分散剂

第一节、概述

润湿与分散是涂料制备的重要工艺过程。而涂料制备过程的中心环节是颜料分散，颜料分散是涂料、油墨、塑料加工、日用化妆品等生产中的一个重要工艺过程。颜料分散，亦即颜料在外力的作用下，成为细小的颗粒，均匀地分布到连续相中，以期得到一个稳定的悬浮体，不仅需要树脂、颜料、溶剂的相互配合，还需使用润湿分散剂才能提高分散效率并改善贮存稳定性，防止颜料在贮存期间沉降、结块，影响施工，此外颜料的良好分散还能够改善涂料的光泽、遮盖力、流变性等。

颜料分散一般经过润湿、粉碎、稳定三个不可分离的阶段。润湿是固体和液体接触时，固/液界面取代固/气界面，粉碎是借助机械作用把颜料凝聚体和附聚体解聚成接近原始粒子的细小粒子，并均匀分散在连续相中，成为悬浮分散体，稳定是指制备的悬浮体在无外力作用下，仍能处于稳定的分散悬浮状态。

在分散系中存在着各种不同的作用力，其产生的原因是各不相同的。分散体系的稳定性是由各种力的合力所决定的。颜料分散体系的稳定机理，主要有电荷斥力学和空间位阻效应。想要获得一个良好的涂料分散体系，单纯依靠树脂、颜料、溶剂的相互作用有时是难以办到的，必须借助于湿润分散剂的帮助。

润湿剂、分散剂都是表面活性剂。润湿剂在颜料润湿过程中发挥作用，能够降低液/固之间的界面张力，可提高颜料的分散效率，缩短研磨时间。分子量低的湿润效率高。分散剂在颜料分散稳定过程中发挥作用，能够吸附在颜料离子的表面上构成电荷斥力、空间位阻效应，使分散体处于稳定状态。

将润湿分散剂从化学上加以分类是很困难的。原因是不同品牌的产品，其组成、结构差别非常大。宜从应用范围、极性、离子性以及相对分子质量特征等方面进行。按应用领域分为水性、油性和通用型分散剂。按功能又分为润湿剂和分散剂。实际上，这种分类方法有很大的随意性，因为润湿和分散根本就是一个统一连续的过程。

第二节、颜料润湿分散基本原理

一、涂料分散体系的构成

干粉颜料呈现三种结构形态：

①原始粒子，由单个颜料晶体或一组晶体组成，粒径相当小；

②凝聚体，由以面相接的原始粒子团组成，其表面积比其单个粒子表面积之和小，再分散困难;

③附聚体，由以点、角相接的原始粒子团组成，其总表面积比凝聚体大，但小于单个粒子表面积之和，再分散较凝聚体容易。

按照颜料和基料亲水和亲油的特性，分散体可分成六种：

a.亲水性颜料分散在亲水性的基料中；

b.亲水性颜料分散在亲油性的基料中；

c.亲油性颜料分散在亲水性的基料中；

d.亲油性颜料分散在亲油性的基料中；

e.亲水性和亲油性颜料分散在亲水性的基料中；

f. 亲水性和亲油性颜料分散在亲油性的基料中。

二、润湿作用

当液体与固体表面接触时，是原来的固/气界面消失，形成新的固/液界面，这种现象叫润湿。只有在颜料与树脂溶液之间的接合力大于基料树脂之间的接合力，才会发生润湿作用。

1.润湿与接触角

当液体与固体接触时，会形成一个夹角，这个角被称为接触角，它是液体对固体润湿程度的一个衡量标志。

一、概 述

（a ）润湿式 （b ）不润湿

各种界面张力的作用关系可以用杨氏方程表示：

γ液-气cos θ = γ固-气 — γ固-液

Dr.A.Capelle 等指出:

润湿效率BS= γ固-气—γ固-液, 即：

BS = γ液-气cos θ

由此得出接触角越小，润湿效率越高。

Washborre 用下式表示了润湿初始阶段的润湿效率：

式中，K 为常数；γF1为基料的表面张力；θ为接触角（基料/颜料界面）；r 为颜料粒子的间隙半径；l 为颜料粒子间隙长度； η为基料的粘度。

以上两式表明，配方固定后，降低基料粘度和使用润湿剂来降低颜料和基料之间的界面张力以缩小接触角可以提高润湿效率，但基料粘度的降低有一定限度，所以使用润湿剂是常用的手段。

θ

γηcos 13

F l r K =润湿效率

利用杨氏定理来衡量润湿程度时，应注意下述

几点：

固体和固/液界面的表面张力不能用实验方法测定：

①只能作相关测定，所以解释这些测定值时必须小心谨慎；

②固体物质表面上吸附了水蒸汽、液体或气体，存在着1个单分子润湿层，因此应用时必须修正杨氏定理；

③物体表面的平整度不同，根据固体物质表面的粗糙度，在计算接触角时必须有一个校正因数。

另外，还应注意固体物质表面的单分子膜层。接触角的滞后现象和温度对触角的影响。

一、概 述

2、润湿分散剂对润湿的作用

当颜料和树脂选定后，配方已基本固定，为了提高润湿效果，除黏度外，几乎没有可变因素，但黏度的降低也是有一定限度的。所以提高润湿效率的最好方法还是采用润湿分散剂，它会吸附在颜料的表面上，降低颜料和展色剂之间的界面张力，缩小接触角，使润湿效率提高。涂料是多项的分散体，界面关系相当复杂，在颜料表面上可能会产生竞争吸附。在选择润湿分散剂时要注意与其颜料、树脂、溶剂等各种材料的关系，需作仔细的工作才能获得良好的效果。

一、概述

第三节、分散体系稳定的基本原理

一、概述

一、颜料的沉降

制成的分散系，假若颜料粒径过大，由于重力作用会产生沉降。当分散粒子半径比分散介质半径大的多，而且是在无限扩展的牛顿流体中，单一球形粒子的沉降速度可利用Stokes 公式求出：

Vs=2a（ρ-ρ0）g/9η

式中 Vs ——沉降速度； a ——粒子半径；

ρ——分散相的密度；ρ0——分散介质密度；

g ——重力加速度；η——分散介质的黏度。

布朗运动和重力沉降并不是等量的运动。沉降产生的浓度，布朗运动会使其扩散，向均一化方向发展。当沉降速度过快，就会出现沉降体积；当布朗运动速度大，粒子就会形成分散的悬浮体。从重力作用考虑，在一定黏度，温度条件下，决定体系的稳定性的是粒径。

二、表面自由能和奥式熟化作用

当较大的颗粒被粉碎成微小粒子时，比表面积增加了。粉碎该物体所用的能量传递给了新形成的表面。在制成的微细分散体内，颜料粒子一般是疏液的。粒子和分散介质间的表面张力为γ，表面张力值和比表面自由能值大体相等，粒径变的越小，比表面积Ｓ增加越大，总表面自由能Ｇs＝γS增加越大，在热力学方面就越不稳定，粒子以凝聚来降低比表面积，如分散介质中含有表面活性剂等吸附物时该物质吸附时，该物质吸附在粒子表面上，表面张力γ下降，自由能也就降低了，分散体系趋于稳定。若颜料粒子亲水时，由于水化作用，焓减少，因此分散体系的自由能就降低了，体系趋向于稳定化。

一、概述

分散体系中粒径分布不是均一的，粒子多少有溶解性。在微粒系中，由于粒径不同出现溶解性差，大粒子溶解度比小粒子溶解度小，因此小粒子周围溶解的分子向大粒子周围析出扩散。由于这种奥式熟化作用，小粒子逐渐消失，大粒子不断增大。分散系的稳定性也就降低了。

三、表面电荷作用

利用粒子间的表面电荷和吸附层，可以克服粒子间的范德华引力，防止和减缓凝聚作用，使分散体系稳定化。其作用原理在水系和非水系中基本是相同的。

1.电荷的产生

①电位决定离子表面电荷是由溶液中的电位决定的，叫电位决定离子。如氧化物离子中的氢离子(Ｈ＋)，氢氧化物离子(OH－)。结晶性粒子中的结构离子，如硫酸钡的

Ba2+,SO42-离子结晶性粒子BaSO4，若分散介质中Ba2+离子浓度大，粒子带正电荷； SO42-的浓度大，则带负电荷。

一、概述

②表面具有电离基的粒子具有电离基的离子表面，在水中电离，产生表面电荷，如炭黑，因表面具有酚羟基、羧基等酸性基，在水中带负电荷，不会因pH的高低而改变电荷符号。再如粘土，产生表面电荷的原因是晶格缺陷。水中的H+和OH-都具有强的亲和力，吸附了这些离子也就变成了带电荷的物质。

●涂料中颜料的带电情况：

●树脂对于颜料带电的影响比溶剂大；

●无机颜料由于树脂和表面活性剂的影响，带电极性易发生变化，在酸性树脂溶液中带正

电；

●有机颜料不因树脂和表面活性剂而改变带电极性。多数有机颜料具有电子供给置换基的

带正电，具有电子接受置换基的带负电。

●涂料中的颜料带电与虚浮分子和颜料表面之间的电荷移动有时没有决定关系。颜料的带

电就是由吸附分子和分散介质的接触带电而决定的。

一、概述

2、颜料分散、凝聚与表面电荷的关系

疏液性胶体的分散主要取决于分散粒子所带电荷的斥力和范德华引力间的能量关系。根据DLVO理论可测其稳定程度。所以分散粒子带电量是分散体系稳定的重要因素。

但在涂料中，颜料粒子是分散在树脂和表面活性剂等组成的漆料之中，颜料分散稳定性未必与带电量有对应关系，其原因是还有树脂或表面活性物质吸附在颜料表面上提供的空间位阻作用。所以颜料带电只是分散系的稳定因素之一。

一、概述

●双电层的形成若粒子表面带正电荷，其表面就会吸附负电荷构成了双电层。吸附的

负电荷数比粒子表面所带的正电荷少，其厚度约一个离子半径，这层电荷吸附层被称为固定层。其余的负电荷则向分散介质的主体方向扩散，负电荷的数量依次地降低。

●DLVO理论两个胶体粒子在布朗运动中一经碰撞就会产生粘结和凝聚，在两者间的

斥力很大时则又分离。这种斥力主要是由于疏液性溶胶中离子带电所产生的。DLVO理论主要是根据双电层的理论来解释影响分散系稳定的因素。

一、概述

四、高分子吸附对分散体系稳定性的作用

1. 高分子在固体表面的吸附

当固体颜料和高分子化合物溶液混合时，高分子化合物就会以吸附链吸附在颜料的表面。高分子在颜料表面上的吸附，对涂料中颜料的分散、分散体系的稳定性、涂料施工时的流动性和涂膜的附着力均有较大的影响。所以，如何提高高分子化合物在颜料表面吸附层的厚度，是提高涂料产品质量的重要因素。

影响高分子化合物在颜料表面上吸附的主要的因素有：

①高分子浓度对吸附的影响在不同的高分子化合物溶液中颜料表面吸附的高分子化合物的分子量是不相同的。颜料表面的吸附层是高分子化合物和溶剂的混合物。溶剂的吸附量，在高分子浓度低时，吸附量增高，当高分子浓度增加时，溶剂吸附量减少。在浓度低的范围内，高分子量化合物被选择吸附。在高浓度范围内，选择吸附移向低分子量化合物。在低浓度和高浓度范围内，吸附的高分子的分子量分布都是很窄小的。

一、概述

②酸—碱基对吸附的影响酸—碱理论是颜料吸附中的重要理论。应用润湿分散

剂是为了提高颜料的润湿、分散效率，所以在使用时必须考虑颜料表面和酸，碱基的特性及润湿分散剂的类型。

具有碱性表面的颜料和填料应使用阴离子型表面活性剂；具有酸性表面的应使用阳离子型表面活性剂；具有两性表面的颜料和填料，阴离子型及阳离子型表面活性剂都能产生化学吸附层。但是两种类型的表面活性剂不能同时使用，否则它们之间会优先发生反应，失掉作用力，必须分开使用，先用阳离子型的后用阴离子型的再用阳离子型的。

一、概述

③颜料的大小形态对聚合物吸附的影响众所周知，固体表面的原子力场是没有饱和的，还有一半剩余价力。另外固体表面不是一个真正光滑平面，有许多凹凸的部分，所以表面不同部位的原子，其价力的饱和程度是有差异的。左棱、角、边及凹凸部位剩余价力较强，具有较大的吸附力，因而构成了颜料的形状对高分子吸附的影响。

④竞争吸附及添加顺序涂料是一个多相体系，树脂、溶剂、添加剂会在颜料表面上产生竞争吸附。颜料表面的性质、溶剂的性质和聚合物的结构，都会影响聚合物在颜料表面上的吸附。为我们用助剂对颜料表面进行改性，制造稳定的分散体系提供了理论依据。

一、概述

2、高分子吸附层的作用

颜料在树脂溶液中的分散时，在某一适宜的树脂浓度下，显示出极好的分散稳定性。若提高树脂浓度，其分散稳定性变坏。这是因为在这一浓度下，颜料表面除了吸附树脂中的低分子量化合物外，还选择的吸附了一定数量的高分子化合物，因而吸附层较厚。但在高浓度下有足够的低分子量极性物吸附在粒子表面上，不会有高分子吸附。吸附层变薄，稳定性下降。在高浓度下还会出现负吸附，产生溶剂化，影响吸附层的厚度。如果浓度过低有会出现高分子的交联吸附，颜料产生絮凝，沉淀，破坏了分散体系的稳定性。

粒子表面的吸附层还有一定厚度的。当两个吸附层的粒子相互靠近，还没有重迭时，相互之间不发生作用。吸附层重迭时会出现有再次分开的倾向，这就是熵斥力作用的结果。根据计算，其数值与ΔGm大体相同，显示出排斥作用。

综上所述，两个具有吸附层的粒子间的力有以下几种，首先是范德华引力VA<0;接着就是容积限制的熵斥力GV>0；渗透压或反溶剂效果ＧＭ；吸附链的吸附交联能Ｇad＜０；还应考虑静电作用，常常Ｇel＞０；使粒子分散的ＧV是正的，高分子吸附层在良溶剂中GM也是正的。Gad通常是负的，可以不考虑，只要增加高分子的吸附量就可以防止2个粒子间的横跨交联产生的絮凝。

一、概述

为了有效的利用空间位阻，获得良好的分散体系，要注意如下几点：

①吸附层越厚越好，所以高分子聚合物比表面活性剂好；

②粒子吸附的聚合物的链结在溶剂中不溶的好，而延展在溶剂中的链结越溶越好；

③为获得1个厚的吸附层，要注意吸附物的形态，伸展出的链和环长的好。

一、概述

涂料与油墨有水性和溶剂型之分，所以润湿剂分散剂也有水性和溶剂型之别。润湿分散剂按分子量划分，可分成低分子量的和高分子量的。低分子量的润湿分散剂一般指分子量在数百以下的低分子量化合物。该分子链的润湿分散剂是指分子量在数千万乃至几百万的并具有表面活性的高分子量化合物。为了区分两种类型的分子量的润湿分散剂称为新型的高分子量表面活性剂。低分子量和高分子量的润湿分散剂在结构和应用原理上是不相同的，有很大区别。

一、低分子量润湿分散剂的基本结构及类型

低分子量润湿分散剂属于传统型表面活性剂，一般都是有非极性的、亲油的碳氢链部分和极性的亲水基团构成的，两部分处在分子两端，形成不对称的亲水、亲油分子结构。表面活性

是由非对称的分子结构所决定的。亲水基团的结构对湿润分散剂性质的影响要远远大于亲油的结构，所以表面活性剂一般一亲水基团的结构为依据进行分类。

根据表面活性剂在水中的解离度，可分成离子型和非离子型。离子型可分成阴离子型、阳离子型、两性的表面活性剂和电中性的润湿分散剂。

一、概述

二、低分子量润湿分散剂的应用机理

这类润湿剂是表面活性剂，可以与无机颜料通过极性基间的相互作用，牢固的吸附在颜料粒子的表面上，还能电离带电产生静电吸附。非离子型的润湿分散剂不具备活性基，不会产生化学吸附，多数用作水性涂料的润湿剂，与其他离子型分散剂配合使用，可提供良好的分散稳定性。

该类分散剂的极性基吸附在颜料粒子的表面上，另一端朝向分散介质中伸展，产生位阻作用，但因分子链较低，效果不十分理想。

一、概述

三、高分子聚合物润湿分散

高分子量润湿分散剂是指分子量在数千乃至几百万的具有表面活性的高分子化合物。在胶态分散系中，它能吸附在分散粒子的表面上，形成牢固的吸附层，使分散体系成为热力学的稳定分散状态。因此，一种高分子聚合物分散剂必须同时满足两个不同的要求：①分子中必须含有在溶剂后树脂溶液中能够溶解伸展开的链段，发挥空间稳定化作用。②分子中还必须还有能够牢固地吸附在颜料粒子表面上的吸附基团。很显然，均聚物是满足不了这两个常常是相互矛盾的要求的。但某种形式的官能团化聚合物或共聚物却具备很好的条件，有可能制成有效的高分子聚合物分散剂。

一、概述

一、概述

分散良好的颜填料分散体和最佳涂料性能是同义语，二者密切相关，涂料的着色力、透明度、遮盖力、表面光泽和流动性常常被用来估计颜填料的分散程度；以下三点用评价分散剂的分散能力性能。

■降低体系粘度

■提高体系展色性

■改善光泽

颜料分散对涂料性能的影响

如SOLSPERSE牌聚合物分散剂

由于其较好的颜料润湿和稳定能力，可以降低颜料对涂料和油墨流变性的影响，专门用于克服技术变化带来的问题。

这里，我们将分别讨论颜料分散剂对涂料以下性能的影响：光泽、透明、相容、流平、生产、着色强度、减少VOC。

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，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。SOLSPERSE牌聚合物分散剂由于可以润湿颜料表面，可以直接帮助有效研磨，或间接增加分散颜料浓度。

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。

SOLSPERSE牌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。

SOLSPERSE牌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SOLSPERSE牌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SOLSPERSE牌聚合物分散剂，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SOLSPERSE牌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。

挥发性有机物VOC

VOC或者叫挥发性有机物，是指体系中挥发到空气中的有机溶剂。VOC越低，对空气的潜在污染越小。这就要求提高涂料的固含量。

涂料的粘度是由溶剂、树脂和颜料决定的。普通的低固含量涂料，颜料对粘度的影响没有树脂溶剂的影响大。然而，高固含量涂料溶剂较少，树脂是低粘度的，这样一来，颜料的影响就非常明显了。

SOLSPERSE牌聚合物分散剂通过降低颗粒之间的相互吸引力，显著降低颜料对粘度的影响。所以，对高固含量涂料，加入分散剂将大大降低粘度，或者说，在粘度相同的条件下，将使用更少的溶剂。

一、概述

湿分散剂的评价

涂料生产使用的颜填料都是原始初级粒子的附聚体，颜填料吸附湿气，通过水层和吸附空气的作用而黏附在一起，初级粒子通过点棱结合成附聚体—即二级粒子，二级粒子松散的结合为絮凝体，而初级粒子通过面面结合称为聚集体，聚集体是很难打开的。颜料有三个主要性质：颜填料的化学结构/晶体结构，决定了颜料的色相、色强、耐光、耐晒、耐化学性能等；颜填料的几何结构给出该粒子的比表面积，从而在粒子的吸油量、悬浮性等方面表面表面出区别于其他类粒子的性能；颜填料的表面处理，决定其分散性。

润湿分散剂、溶剂、树脂等所有的物质均可吸附在颜填料粒子表面，如果溶剂等非润湿分散剂优先吸附在粒子表面，会影响颜填料的分散，为防止润湿剂与溶剂、聚合物竞争，润湿剂应在调漆前阶段加入，吸附在颜填料表面，漆制备好后添加助剂用量要在得多。

润湿分散剂的性能可以通过颜料的分散质量进行评价，通常采用以下方法测定颜料分散程度：

刮板细度计是测量颜料分散情况的一种简单的方法，但它只表示大的颜料凝聚体，反映不出颜料分散质量的真实情况以及粒径的分布和粒子的状态，由于此速度快，在生产中被广泛采纳。

电子显微镜可以直观地看到粒径的分布、粒子的状状态以及润湿分散剂在粒子表面上的吸附形态，覆盖程度等，但是效率低、成本高，现在主要应用于理论研究。

光谱分析可以分析出颜料粒子表面发生的变化，活性剂在颜料表面吸附的情况，但和电子显微镜一样主要应用于理论研究。

颜料分散得好，涂膜表面的粗糙度低，比较平整、光的漫反射低、光泽高。否则涂膜表面光的漫反射程度高、光泽低。所以测量涂膜的光泽高低可以用来判断颜料分散的好坏。此外还可以利用着色力和色相以及涂料的贮存稳定性来测定分散的情况。

润湿分散剂在涂料中应用

润湿分散剂主要是在界面处发挥作用，以吸附层形式覆盖在固体粒子的表面上，可以改变颜料的表面性质，用于颜料改性方法。在生产过程中节省时间及能源，提高效率，由于颜料分散稳定，提高了涂料贮存的稳定性并且颜料的着色力和遮盖力得以提高，还利于增加涂膜的光泽、降低色浆的粘度从而改善了涂料的流平性，取得防止浮色、流挂、沉降效果，提高涂膜的物化性能。

涂料是一个多相的分散体，在颜料表面上会发生竞争吸附。如何选择润湿分散剂及其使用方法是十分重要的。

分散剂和稳定链必须溶在树脂溶液中才能自由伸展，构成一定厚度的吸附层，如果与树脂溶液不相容，在这种贫溶剂中分散剂虽然能吸附在颜料的表面上，但其稳定链是蜷缩的，不能自由伸展，形成的吸附层会很薄，这样就不能充分发挥高分子分散剂的作用，试验证实，相容性不好，会影响颜料的分散效率及涂料性能。

每种颜料一个特定的分散体系中都存在一个最佳的浓度值，这个最佳值跟颜料的比表面积，吸油量，最终要求的细度，研磨时间和色浆中所用树脂聚合物的特性有关。要根据这些条件经过实验而确定。另外还需要考虑与其它助剂的配伍性，对体系稳定性的影响，反应活性等。

1. 作用原理

（1）以机械方式，在介质中分散颜料的最基本目的是把颜料制造过程中的经过干燥而导致的亲油凝聚颗粒分散开来。当颗粒细度变小，其暴露的表面积增加而提高了颜料的光学性能，如：着色性能、光泽、亮度、遮盖力或透明度。

（2）在一般的分散剂研磨体系中，例如油膜、涂料，树脂是配方中的组分之一，可是，树脂与分散剂在颜料会互相竞争。分散剂在养料表面吸附能力，也会受到树脂的影响，树脂与分散剂会互相竞争吸附于颜料表面的机会。但分散剂与树脂之间的区别在于分散剂吸附颜料表面的牢度，分散剂不仅对颜料有极强的吸附力，并且对溶剂有很好的亲和力。

树脂在颜料表面，实际只起到润湿作用，它并不长久沾在颜料表面，时间久了，树脂将慢慢离开颜料表面而导致絮凝，虽然如此，但树脂的存在还是阻碍了分散剂在颜料表面的锚固。因此，在选择树脂时，应考虑树脂带来的成膜功能，而并不需要选择另外很好的润湿或研磨树脂，除此之外，还要考虑研磨基料中的树脂含量足够与否维持配方的稳定性。

3. 分散剂在研磨基料中的使用，与传统的研磨基料相比，其配方的调整最为关键的树脂溶液的浓度。传统研磨介质中树脂浓度较高，颜料可装填量较少。虽然降低树脂浓度可使分散介质本身的粘度降低，颜料填充量可以提高，但这样的分散体系并不稳定，不能用于实际生产。

如果使用好的分散剂，分散体系在较低的树脂浓度下即可稳定，从而使研磨基料中的颜料填充量大大提高，分散剂的溶剂化链在介质中所产生的空间屏障，降低了粒子之间吸力，大大降低了研磨黏度，这也是颜料填充量得以提高的原因之一。在分散剂作用下，颜料填充量的提高幅度随分散体系的不同而有别，但在调整过程中，应保持研磨基料具有适中的黏度。（4）颜料稳定性理论颜料分散体的稳定性，基本上有2种机理：静电稳定性及位足稳定性，这2种机理都必须分析吸附颜料表面。

2. 使用方法及用量

分散剂的用量要根据所分散的颜料而定，其最佳用量以分散剂在颜料表面形成致密的单分子吸附层为标准。用量太少，分散剂不能展现其优点，过多的用量也会影响研磨的稳定性。这主要由于因为过于拥挤的分散剂在颜料表面不能完全把分散剂的溶剂化链充分伸展开来，另外大量的游离分散剂会对涂膜产生负面影响。在实际操作过程中可先按理论规则计算分散剂的大致用量，然后以此为中点上下浮动，观察分散剂体系的黏度、涂膜光泽和着色力等性能指标虽分散剂用量的变化关系，当分散剂用量适中时，分散体系的黏度具有明显的极小值同时涂膜的光泽和着色力有极大值。

3. 使用效益分析

改变颜料的分散，也就是说，更均匀的小颗粒狭窄的颗粒分布图。一般，较小的颗粒更容易凝聚在一起而造成絮凝，然而，由于分散剂支开颜料颗粒，把颜料颗粒之间的内聚力降低。其分散效果比起一般的分撒技能大大改善了颜料分散体的稳定性。颗粒之间的内聚力也是其

中决定高颜料系统黏度的因素之一。分散剂把颜料造成的黏度问题，因此得到配合更好的流变性能或更高的颜料百分比。另外，在一般的研磨系统中，黏度的变化多属于触变性对颜料良好的润湿性。

（1）增强着色强度、提高光泽、降低雾影、提高透明度或遮盖力

颜料颗粒细度平均值的降低，能帮助提高着色强度。高浓度的颜料装填量增加粒子之间的碰击次数，从而提高了颜料的分散效率。然而，提高颜料装填量将会增加黏度，而削弱了研磨功能以及一些助分散钢珠或瓦球的分散功能。使用分散剂能帮助提高装填量分散，更快速的分散颗粒；同时也阻止分散系统的黏度在研磨过程中的提高，最后赋予分散体胶态稳定性，确保颗粒之间不会产生絮凝，同时发挥颜料固有的着色强度。分散体的粒子分布直接影响涂料的光亮度，涂料中粉碎不全的粗粒子给干膜带来“灰暗”的表现。利用分散剂能够控制分散体的排布，以达到最佳的光亮度。

涂料中的颜料浮色，发花等现象于相对密度，粒子大小以及颜料粒子的分散体状态有密切关系。而颜料粒子的分散状态直接影响涂料中的颜料浮色，发花等现象。虽然分散剂不能影响颜料的响度密度，但是它能改善分散状态，稳定分散体，从而降低絮凝的可能性，此防絮凝现象也改善了涂料在不同施工的重复性。

2. 能在配方中避免使用研磨树脂（润湿性较好的树脂）提供润湿颜料作用

3. 缩短研磨时间阻止颜料之间的相互吸引力

4. 增加抗絮凝性能

5. 降低研磨基料的黏度而提高颜料的填充量

6. 减少颜料对涂料黏度的影响，较少有机挥发物

7. 提高降低树脂含量，增加色浆的储存及运输稳定性

润湿分散剂(乳胶漆助剂基本知识)

分散剂是一种在分子内同时具有亲油性和亲水性两种相反性质的界面活性剂。可均一分散那些难于溶解于液体的无机，有机颜料的固体颗粒，同时也能防止固体颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液所需的药剂。

作用机理

1.吸附于固体颗粒的表面，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。

以上所述,使用分散剂能安定地分散液体中的固体颗粒。

润湿分散剂能降低被润湿物质的表面张力或界面张力，其添加在涂料中能改进颜填料与液体料的掺合，颜填料的良好分散决定了涂膜的光学性能和遮盖力，良好的颜填料分散需要颜料不仅在刚制造时而且在储存及应用中有均一的分布。颜填料的分散是碾磨液体料取代颜填料表面的空气，遵循相似相容原理，疏水的有机颜料分散在水基型涂料中，或亲水的极性表面颜填料分散在溶剂型涂料中，要借助于润湿添加剂来完成。在有机、无机的颜填料分散中，润湿分散剂分散能力的高低取决于润湿分散剂分子在颜填料表面吸附能力，不同类型的润湿分散剂在有机、无机颜填料粒子表面稳定吸附的能力不一样。

颜填料使用时所涉及到的问题有：难润湿粒子的掺合、高黏度的碾磨料、颜料取向不好、颜料下沉、颜料分离出现浮色发花、涂膜光泽不均匀、遮盖力差、颜色的色深不适当、颜色难以重复等，这些问题均可以使用适当的润湿分散剂来解决。

1、润湿分散剂的功用：使用润湿分散剂可以减少完成分散过程所需的时间、节省分散所耗的能量，并且稳定所制得的颜料分散体，防止分散体系出现絮凝、沉降等现象。

减少完成分散过程所需的时间和能量，并使颜料分散体体系稳定，主要表现在以下七个方面。■缩短分散时间

■提高光泽

■提高着色力和遮盖力

■改善展色性及调色能力

■防止涂料浮色发花

■防止颜料絮凝

■防止颜填料沉淀

2、润湿分散剂的种类

在分散过程中溶剂可取代颜填料表面的空气，但不稳定，润湿分散剂含有酸根适合于无机颜料和填料通过极性力而稳定；润湿分散剂含有氨基适合于有机颜料通过范德华力而稳定；空间位阻型润湿分散剂常含有与溶剂相容的长链如聚酯、聚醚、聚丙烯酸链。

按分子类型分：

酸型—在疏水链上含有许多羧基；

盐型—一元酸或多元酸用长链胺中和而得；

含氨基和溶剂可溶的长链非离子聚合物。

按照应用类型分：

抗絮凝分散剂，共絮凝分散剂。

涂料生产使用的润湿分散剂按电性和吸附官能力团分有五大类：阴离子型、阳离子型、电中型、多官能团、非离子类。前四类润湿分散剂分散颜填料，不是因为其表面张力低，而是它们的亲水端有与颜料表面、棱边、余角形成物理化学健的能力以及选择性的吸附，不致在涂膜中、空气中或底材界面游离聚集，而表面活性剂却能聚集、并影响分散相（颜/填料）和连续相之间的界面张力，非离子表面活性剂也含有亲水端基，但不与颜料边面形成物理化学键，却能和颜料表面的吸附水结合在一起，结合脆弱，易解吸，而解明的表面活性剂是游离的，其副作用是体系耐水性下降。

润湿分散剂按分子量划分，可分成低分子量的和高分子量的。低分子量的润湿分散剂一般指分子量在数百以下的低分子量化合物，高分子量的润湿分散剂是指分子量在数千乃至几万、并具有表面活性的高分子量化合物。

低分子量的润湿分散剂通常为表面活性剂，可分为离子型的和非离子型的。离子型的又可分为阳离子型，阴离子型和两性的表面活性剂，另外还有一种电中性的表面活性剂。

目前传统的表面活性剂已越来越多地被高分子类分散剂取代。

高分子量润湿分散剂——超分散剂

是指分子量在数千乃至几万的具有表面活性的高分子化合物。分子中必须含有在溶剂或树脂溶液中能够溶解伸展开的链段，发挥空间稳定化作用。分子中还必须含有能够牢固地吸附在颜料粒子表面上的吸附基团。

超分散剂的分子结构分为两个部分：一部分为锚固基团，采用平面吸附方式，将分散剂锚合在颜料颗粒表面，防止超分散剂脱附；另一部分为溶剂化链，它与分散介质具有良好的相容性，能在颜料表面形成足够厚离的保护层，超分散剂是通过伸展于液相中的高分子所产生的斥力的位阻斥力的共同作用而使粒了均匀分散于体系中的。

它由两部分组成:一部分为亲油基团，与溶剂具有强亲和力的聚合链锚基结构；另一部分为亲水基团，是与粒子表面具有强亲和力的锚锭基团，一般是由侧链带羧基提供的,如丙烯酸（酯）、马来酸（酯）及它们和衍生物，疏水端单体多为不饱和烃类，如苯乙烯，乙烯，丁二烯，二异丁烯，甲基乙烯醚，醋酸乙烯酯，a-甲基苯乙烯等。所以超分散剂主要是分子量较低的羧基或磺酸基聚合物。在分散系中锚锭部分和粒子表面进行聚合反应,象铁锚一样牢牢地扎在粒子表面上，其分散部分伸展在溶剂中,形成锚锭吸附层。

在颜料分散稳定过程中,除静电斥力外,它还可提供有效的位阻斥力,高分子润湿分散助剂的分散效果好,对环境温度和杂质离子不敏感,对体系的pH值没有要求,因其这些显著的优点,受到越来越广泛的欢迎,占据了很大的市场分额。

天然的高分子化合物，如藻酸盐，瓜耳胶等，虽然分子量较大，也可用作分散剂。

高分子润湿分散助剂的选用原则:

–尽可能选择分子量大的,分子量越大,颜料的吸附层越厚.厚的高分子弹性膜能产生更大的运动阻力,以防止颜料粒子的絮凝、下沉和分层；

–对于疏水性颜料,在保证分散剂水溶性的前提下,尽可能选择疏水性大的润湿分散剂,增

强疏水性结合力；

–能提高颜料的分散效率,降低色浆粘度、消除触变性和提升外观。

3、润湿分散剂分散稳定功能：

静电稳定：固体粒子带有相同电荷，颜填料体系的分散稳定通过吸附在颜填料粒子表面的电子云来实现，粒子表面的Zeta电位值越低，表明添加剂在颜填料表面吸附力越强，稳定性越高。这种静电稳定保护容易破坏，如相反离子的加入、PH的变化、低温的冻融等。静电稳定需要添加剂量小。、概述

空间位阻稳定，靠分子量较大的润湿分散剂黏附于颜料表面形成保护层，保护层需要一定的厚度（0.01—0.1um）和密度，需要添加剂的较大。

润湿分散剂吸附在颜填料粒子表面，改性颜填料粒子表面性质，控制粒子的运动能力。适当选用不同类型的润湿分散剂，均衡涂料中各种粒子的运动能力，最终可控制涂膜的浮色发花缺陷。乳胶漆涂料中的颜填料粒子、乳胶粒子等靠静电排斥而避免粒子相互接近并聚，使整个体系保持稳定。

第六节、其它——水性润湿分散剂

一、概述

随着人们环境意识的加强，环保涂料日益受到重视，水性涂料是其中重要一员，使用助剂有利于改善水性涂料的生产、贮存、施工性能，并能够提高涂膜的装饰和保护性能，水性助剂主要有润湿分散剂、成膜助剂、缓蚀剂、流平剂、防霉杀菌剂等。

水性涂料是以水为溶剂或分散介质，水的介电常数大，所以水性涂料主要是通过双电层静电斥力来保持稳定的，另外高聚物和非离子型表面活性剂吸附在颜料填料表面上，形成空间位阻而使分散体稳定。所以水性涂料是以静电斥力和空间位阻二者共同作用而达到稳定结果的。

润湿剂都是一些相对分子质量低于1500的界面活性剂，主要作用使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7.2×10-4N/cm降至4.0×10-4N/cm以下，从而有利于分散剂对颜料的作用。微观上是促进颜料的可润湿性，使分散剂易于在颜料表面铺展而结合，形成所谓的锚固关系。另一方面，润湿剂这种降低体系表面张力的作用还是涂料施工必不可少的性能。因为高表面张力的涂料不易在基面上涂覆，易出现流平不良等缺陷。应用于涂料配方中的润湿剂有别于乳液合成用的表面活性剂。后者以离子型居多，而前者主要是非离子型的酚基或烷基聚氧乙烯类。

润湿剂的HLB是衡量极性大小的重要参数，HLB高则水溶性好，反之在水中不稳定。过高的HLB易使涂料对商品色浆的接受性变差，易出现浮色、发花等涂料质量和施工缺陷。色浆与基础涂料之间HLB差距过大可能是水性涂料调色故障的主要原因。

无机分散剂曾经使用最多的无机分散剂主要有聚磷酸盐（如六偏磷酸钠）、硅酸盐等，如六偏磷酸钠、多聚磷酸钠、三聚磷酸钾（KTPP）和焦磷酸四钾（TKPP）等。其作用的机理是通过氢键和化学吸附，起静电斥力稳定作用。其优点是用量低，约0.1%左右，对无机颜料和填料分散效果好。

但也存在不足之处：一是随着PH值和温度的升高，多聚磷酸盐容易水解，造成长期贮存稳定性不良；二是多聚磷酸盐在乙二醇、丙二醇等二醇类溶剂中不完全溶解，会影响有光乳胶漆的光泽。

由于其缺陷正在被淘汰。

新一代的水性分散剂大致可以分为以下5类：

（1）水溶性高分子聚电解质类

以聚丙烯酸盐（钠、钾、铵）类为代表，属强离子性。商品形式多为20%~30%的水溶液，其金属盐有的制备成固体粉末。大部分易溶于水，无味。依靠在颜料表面产生过电位的静电斥力作用使颜料分散。聚合度在12~18之间具优良的分散能力，主要用于无机颜料的分散，可急剧降低研磨料的黏度，但形成的色浆具触变性。由于离子浓度大，分散体的稳定性并不好，且HLB高，初期对颜料的润湿差，需润湿剂的密切配合。涂料的色浆接受性差，易出现调色障碍商品色浆主要用HLB较低的高分子助剂制造，但价格便宜，用于白漆制备，添加量低，不适合基础漆的制备。

（2）亲水性丙烯酸酯共聚物

由于离子浓度大大降低，研磨料既有适宜的剪切力，又可形成黏度稳定的分散体，对分散无机颜料非常适合，其结构多含有聚氧乙烯、磺酸基等接枝单元。除具静电斥力稳定机制外，尚依赖空间位阻使分散体得以稳定。由于HLB适中，配漆性能良好。

（3）线性大分子离子型或非离子型化合物

大部分为聚氧乙烯类活性剂。由于相对分子质量低，聚集态易于流动，所以商品形式多100%或85% 等高固体含量组成。具有一端高密度活性基团结构的品种用于无机颜料的分散性能优良。

（4）疏水性共聚物分散剂

大部分也是丙烯酸类，但基本不显示离子性，有的含有胺类接枝单元等，以空间位阻和有效锚固基团作用稳定颜料HLB低，制备颜料浆时提供适宜的剪切力环境，既适宜分散无机颜料，又可分散有机颜料和炭黑，是水性分散剂的开发方向。虽然其用量较大（可为离子性助剂的数倍），但同时作为载体树脂，所得颜料浆具优良的展色性和稳定性，又由于不可逆的水溶性和较高的相对分子质量，可作为成膜物看待，不会产生副作用。

（5）用于阴极电泳涂料的阳离子型共聚物分散剂

如丙烯酸共聚体接枝PU，主要用于工业涂料，不宜与阴离子助剂复配。实践中，往往要试验一下助剂的水复溶性，以决定是否适用于耐水涂层场合。

将助剂50~70℃烘干，再用水试验溶解性。结果可出现3种情况：溶解、乳浊、不溶。分别代表：水溶性、亲水性、疏水性。

水性分散剂除以上分析的一般特性外，尚需关注它们在涂料配方组成的协调性。除前已述及的基础涂料对色浆的接受性，还应考察它们对增稠系统的影响。已经证实，分散剂的高电解质浓度对增稠过程和涂料的光泽是不利的。而亲水的或疏水的高分子共聚物类分散剂倾向于加强和稳定增稠系统的作用并且改善涂料的光泽。另外(2)、(4)类共聚物分散剂无需润湿剂配合。