《分散剂对二氧化钛颗粒分散稳定性的影响》

《二氧化钛颜料的有机包膜》来源: 上海钰通颜料有限公司
TiO2 颜料的有机包膜是颜料生产的重要产品辅助设计，它直接关系到能否将产品的功能设计发挥最大的作用，很多厂家常常混淆功能设计和辅助设计各自所起到的根本作用，比如，颜料在油性和水性体系应用中的配伍性并非属于有机包膜过程完全起决定作用，有时候和颜料基料表面性质关系甚大。

虽然，有机包膜可以最大限度发挥产品的功能设计，也可以弥补产品功能设计的部分缺陷，但有机包膜辅助设计是不能替代产品功能设计的，产品的应用特性在诸多方面是基于产品的功能设计。

因此，好的颜料产品的优势特性必须两者有效结合才以充分展示。

为了提高颜料应用的亲水性和疏水性，通常在颜料表面引入分散剂，颜料分散剂大都是由性质不同的两部分组成。

—部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，另一部分为亲水疏油的极性基，这两部分分别处于表面活性剂分子的两端，为不对称的分子结构。

这些基团是我们选择分散剂的基本要素。

常用的疏水基团有：烷基，卤代烷基，苯基，萘基，亲水基包括羟基-OH,羧基COOH胺基NH2磺酸基SO3H等(就是以H, O元素为主的基团) ，酰胺基、磷酸基、亚磺酸基等，一般情况这些亲水基团混合使用比单独使用更好。

一、疏水作用疏水作用与氢键作用，静电作用，范德华作用同属非键作用。

非极性化合物与水混合时会形成互不相溶的两相，即非极性分子有离开水相进入非极性相的趋势，即所谓的疏水性(Hydrophobicity) ，非极性溶质与水溶剂的相互作用则称为疏水效应(Hydrophobic effect) ，非极性溶质溶于水焓的变化(DH)通常较小，有时甚至是负的，似乎是有利于溶解的；但是非极性分子进入水中会导致周围水分子呈有序化排列使熵大量降低(DS<0) ，自由能的变化(DG)最终是正值。

因此25° C时疏水效应是一种熵效应，低溶解度是由于熵的减少。

为了减少有序水分子的数量, 非极性分子有聚集在一起形成最小疏水面积的趋势, 保持这些非极性分子聚集在一起的力则称为疏水相互作用(Hydrophobic interaction) 。

疏水作用的强度与非极性分子之间的任何内在吸引无关, 受系统获取最大热力学稳定性驱动。

一般来说,非极性区域( 或称疏水基团) 越多,面积越大,则疏水作用越强；温度升高则疏水作用增强。

疏水作用最直观的表现是类脂等两亲性分子在水中形成稳态胶束(miscell) 以及蛋白质在水中的折叠( Folding) 。

在25° C 非极性溶质的水合作用是受水分子有序化产生的熵效应阻止的, 疏水分子或疏水基团在水中是相互吸引的。

二、亲水作用(待续)
三、良好的有机包膜应该包括最佳的包膜方式、最优的包膜剂的选择、科学的测试与评估、专业的应用指导等四个方面。

1、包膜的方式最重要的是在通过气粉来包覆颜料表面之前，要尽量把分
散剂良好混和，然后等袋中的颜料冷却之后再搬运。

如果能够很好地做到这点，那么任何对颜料的测试都能够收到很好的效果。

着色力会提高，吸油量会降低，标准的分散测试也会得到很好的结果。

（1）影响分散的因素粒径分布：将聚集和团聚降到最低和将过细的颗粒降到最低。

表面处理：选择合适的分散助剂将颜料的表面完全覆盖，并且只处理分散良好的料浆。

表面处理后的正确措施：重新制浆和水洗，最后的细磨前将物料完全干燥并添加合适的有机助剂。

蒸汽凝结前分离颜料和蒸汽：使用有塑料内膜的包装袋，冷却时让湿气充分散逸，并妥善的包装和储存。

防止颜料储存时老化：合适的有机助剂的添加方法和精确控制颜料中的添加量。

（2）加入方式：
按分散剂/ 颜料（重量比）小于0.5%比例在汽粉机出口风管处加入，或者干燥器的出口用喷雾方式添加，也可以在喷雾干燥或者闪蒸前加入到颜料浆。

2、包膜剂的选择
（1）有机助剂的选择原则：在广泛的涂料/ 塑料应用中可提供易润湿性，在颜料使用中具有防絮凝性，在一般工艺处理时有免黄变性。

（2）几种常见分散剂的性能比较：
3、包膜后的性能有效测试与评估如果无法得到好的测试效果，原因要么是颜料包覆不好，要么是测试不灵敏。

低灵敏度的测试会导致过程的失败，或者是提供不正确的数据。

通常测试评估颜料的分散性方法有：
（1）分散于涂料中测量：Hegmar细度，颗粒计数，颗粒大小，涂层光泽度（小角度），色彩度。

（2）分散于塑料中测量：在注入模子后筛余物的称量，压成颜料薄饼的抗裂强度。

（3）检测干颜料的吸油量。

4、包膜的产品的应用指导（待续）
《二氧化钛颜料的有机包膜》来源: 上海钰通颜料有限公司
TiO2 颜料的有机包膜是颜料生产的重要产品辅助设计，它直接关系到能否将产品的功能设计发挥最大的作用，很多厂家常常混淆功能设计和辅助设计各自所起到的根本作用，比如，颜料在油性和水性体系应用中的配伍性并非属
于有机包膜过程完全起决定作用，有时候和颜料基料表面性质关系甚大。

虽然，有机包膜可以最大限度发挥产品的功能设计，也可以弥补产品功能设计的部分缺陷，但有机包膜辅助设计是不能替代产品功能设计的，产品的应用特性在诸多方面是基于产品的功能设计。

因此，好的颜料产品的优势特性必须两者有效结合才以充分展示。

为了提高颜料应用的亲水性和疏水性，通常在颜料表面引入分散剂，颜料分散剂大都是由性质不同的两部分组成。

—部分是由疏水亲油的碳氢链组成的非极性基团，另一部分为亲水疏油的极性基，这两部分分别处于表面活性剂分子的两端，为不对称的分子结构。

这些基团是我们选择分散剂的基本要素。

常用的疏水基团有：烷基，卤代烷基，苯基，萘基，亲水基包括羟基-OH,羧基COOH胺基NH2磺酸基SO3H等(就是以H, O元素为主的基团) ，酰胺基、磷酸基、亚磺酸基等，一般情况这些亲水基团混合使用比单独使用更好。

一、疏水作用疏水作用与氢键作用，静电作用，范德华作用同属非键作用。

非极性化合物与水混合时会形成互不相溶的两相，即非极性分子有离开水相进入非极性相的趋势，即所谓的疏水性(Hydrophobicity) ，非极性溶质与水溶剂的相互作用则称为疏水效应(Hydrophobic effect) ，非极性溶质溶于水焓的变化(DH)通常较小，有时甚至是负的，似乎是有利于溶解的；但是非极性分子进入水中会导致周围水分子呈有序化排列使熵大量降低(DS<0) ，自由能的变化(DG)最终是正值。

因此25° C时疏水效应是一种熵效应，低溶解度是由于熵的减少。

为了减少有序水分子的数量, 非极性分子有聚集在一起形成最小疏水面积的趋势, 保持这些非极性分子聚集在一起的力则称为疏水相互作用(Hydrophobic interaction) 。

疏水作用的强度与非极性分子之间的任何内在吸引无关, 受系统获取最大热力学稳定性驱动。

一般来说,非极性区域( 或称疏水基团) 越多,面积越大,则疏水作用越强；温度升高则疏水作用增强。

疏水作用最直观的表现是类脂等两亲性分子在水中形成稳态胶束(miscell) 以及蛋白质在水中的折叠( Folding) 。

在25° C 非极性溶质的水合作用是受水分子有序化产生的熵效应阻止的, 疏水分子或疏水基团在水中是相互吸引的。

二、亲水作用(待续)
三、良好的有机包膜应该包括最佳的包膜方式、最优的包膜剂的选择、科学的测试与评估、专业的应用指导等四个方面。

1、包膜的方式最重要的是在通过气粉来包覆颜料表面之前，要尽量把分散剂良好混和，然后等袋中的颜料冷却之后再搬运。

如果能够很好地做到这点，那么任何对颜料的测试都能够收到很好的效果。

着色力会提高，吸油量会降低，标准的分散测试也会得到很好的结果。

（1）影响分散的因素粒径分布：将聚集和团聚降到最低和将过细的颗粒降到最低。

表面处理：选择合适的分散助剂将颜料的表面完全覆盖，并且只处理分散良好的料浆。

表面处理后的正确措施：重新制浆和水洗，最后的细磨前将物料完全干燥并添加合适的有机助剂。

蒸汽凝结前分离颜料和蒸汽：使用有塑料内膜的包装袋，冷却时让湿气充分散逸，并妥善的包装和储存。

防止颜料储存时老化：合适的有机助剂的添加方法和精确控制颜料中的添加量。

（2）加入方式：
按分散剂/ 颜料（重量比）小于0.5%比例在汽粉机出口风管处加入，或者干燥器的出口用喷雾方式添加，也可以在喷雾干燥或者闪蒸前加入到颜料浆。

2、包膜剂的选择
（1）有机助剂的选择原则：在广泛的涂料/ 塑料应用中可提供易润湿性，在颜料使用中具有防絮凝性，在一般工艺处理时有免黄变性。

（2）几种常见分散剂的性能比较：
3、包膜后的性能有效测试与评估如果无法得到好的测试效果，原因要么是颜料包覆不好，要么是测试不灵敏。

低灵敏度的测试会导致过程的失败，或者是提供不正确的数据。

通常测试评估颜料的分散性方法有：
（1）分散于涂料中测量：Hegmar细度，颗粒计数，颗粒大小，涂层光泽度（小角度），色彩度。

（2）分散于塑料中测量：在注入模子后筛余物的称量，压成颜料薄饼的抗裂强度。

（3）检测干颜料的吸油量。

4、包膜的产品的应用指导（待续）
《分散剂对二氧化钛颗粒分散稳定性的影响》
来源: 上海钰通颜料有限公司
在微细颗粒的水悬浮液中，由于颗粒表面力的作用使它们很容易团聚在一起，形成较大的团聚体。

使用超声波振荡将破坏团聚体中小颗粒之间的库仑力和范德华力，分散在液体介质中的团聚体被打开，从而使小颗粒分散在液体介质中。

但超声波停止后，由于这种力的作用，团聚又可能重新发生，因此，要想使微粉颗粒均匀、稳定地分散在液体介质中，通常采用以下三种稳定机制[6] ：(1) 静电稳定机制，即通过调节pH 值使颗粒表面产生一定量的表面电荷形成双电层，双电层之间的排斥力抵消了粒子之间的吸引相互作用，有利于微粒的分散；(2) 空间位阻稳定机制，即在悬浮液中加
入一定量中性的高分子化合物，由于高分子化合物在颗粒周围的吸附，使颗粒之间产生空间排斥作用，从而达到分散的目的；(3) 电空间稳定机制，即在悬浮液中加入一定量的聚电解质，使得(1) 、(2) 两种稳定机制同时存在，共同作用使颗粒均匀分散。

为了更好地说明第(1) 种稳定机制，可以引用了Hsu Jyh-Ping 等文章中的有关数据，绘出了TiO2 粉体在水介质中Zeta 电位随溶液pH 值的变化曲线。

从而可以看出，TiO2粉体在水介质中的等电点约为 5.2。

Zeta电位是反映粒子胶态行为的一个重要参数。

在零Zeta 电位点(即IEP) 时，粒子表面不带电荷，此时悬浮体的颗粒易发生凝聚或絮凝；当粒子表面电荷密度较高时，粒子有较高的Zeta 电位，粒子表面的高电荷密度使粒子间产生较大的静电排斥力，结果悬浮体保持较高的稳定性。

当在TiO2 水悬浮液中加入不同的分散剂后，pH(IEP) 要发生移动[8] ，并且分散剂的加入量越大，其pH(IEP) 位移量也越大。

当加入阴离子分散剂时，带有负电荷的分散剂阴离子基团吸附在TiO2 粒子表面，使粒子表面的负电荷性更高，这样，只有在酸性更大的区域TiO2 粒子才能保持电中性，因而pH(IEP) 降低。

一般位移的范围在2~4个pH值左右。

同样道理，当加入阳离子分散剂时，带有正电荷的分散剂阳离子基团吸附在TiO2 粒子表面，使粒子表面的正电荷性更多，只有在碱性更大的区域TiO2 粒子才能保持电中性，因而pH(IEP) 升高。

当加入非离子表面活性剂的情况下，由于非离子表面活性剂本身不带电，对TiO2 粒子表面的电荷影响很小，因而对pH(IEP) 影响很小。

TiO2颗粒在水介质中Zeta电位随溶液pH值的变化情况
(1)pH 值的影响：使用非离子分散剂时，TiO2 粒子的等电点pH(IEP) 在5.2附近，所以随着溶液pH从5〜9的变化，悬浮体系越来越远离等电点，TiO2 粒子表面负电荷密度越来越高，相互之间的静电排斥增强，再
加上非离子分散剂的立体稳定作用，使得体系越来越稳定。

对于阴离子表面活性剂，使得TiO2粒子的等电点向低pH方向移动，因而当溶液pH从2〜7变化时，低pH下体系更接近TiO2粒子的等电点，颗粒之间的吸引力大于双电层之间的排斥力，颗粒容易发生团聚而沉降；随着pH 值的增加，悬浮体系逐渐远离TiO2 粒子的等电点，相互之间的静电排斥作用增大，悬浮液的稳定性增强。

而对于阳离子表面活性剂，使得TiO2 粒子的
等电点向高pH方向移动，所以随着pH从5〜9的变化，悬浮体系逐渐接近TiO2 粒子的等电点，相互之间的排斥力降低，稳定性下降，容易发生沉降。

(2) 表面活性剂浓度的影响：对于非离子表面活性剂，在TiO2 粒子表面吸附后，由于它的亲水性，在其周围存在较厚的水化膜，空间稳定作用相对明显。

随着浓度的升高，TiO2 粒子表面吸附的分散剂增多，稳定性愈来愈高。

当分散剂的浓度增加到一定程度时，吸附达到饱和，稳定性变化不大。

当继续增加分散剂的浓度时在TiO2 粒子表面有可能发生双层吸附，这时部分非离子表面活性剂的憎水基团将伸向水中，从而使分散体系的稳定性降低。

对于阴离子分散剂和阳离子分散剂，随着浓度的上升，表面带正电或负电荷密度提高，粒子之间的相互排斥力增强，因而稳定性逐渐增强。

但当分散剂的浓度增大到一定程度之后，TiO2 粒子之间的静电排斥力将有所递减。

根据扩散双电层原理，随着分散剂浓度的上升，也使溶液中反离子的浓度增大，更多的反离子将被压进滑移面以内，使扩散层厚度减薄，从而使Zeta 电位在数值上降低，悬浮液的稳定性也相应降低，因而出现了极值点(主要指阴离子分散剂)。

(3) TiO2粉体浓度的影响：在一定的pH值、表面活性剂浓度下，TiO2 粉体浓度较低时，粒子表面吸附较多的分散剂，悬浮液体系稳定性性较高。

随着TiO2 粉体浓度的提高，单个粒子表面吸附的分散剂量大大降低，同时随着TiO2 粉体浓度的提高，TiO2 颗粒之间的距离减小，颗粒间相互碰撞而发生聚沉的几率增大。

通过有无表面活性剂存在时TiO2 粒子粒径的分析结果表明，未加入分散剂前颗粒尺寸分布宽，平均粒径较大；随着分散剂的加入，颗粒尺寸分布变窄，平均粒径下降。

这是由于加入分散剂后改变了TiO2 粒子的表面电荷，使其Zeta 电位升高，颗粒之间排斥作用增强，不易发生聚结，因此粉体的平均颗粒尺寸下降。

不加分散剂时，由于颗粒之间的相互吸引作用较强，团聚作用明显，粉体粒径较大。

因而粒度分析也是表征悬浮体分散状态的有效方法。