BYK润湿分散剂

色相的迁移
解絮凝
絮凝
图8
溶剂型体系用低分子量聚合物型 润湿分散剂
典型的解絮凝助剂的结构已经在上面叙述 （图6）。它有一个或几个在空间位置上 接近的颜料亲和基团和许多类似树脂的链 状结构。这些助剂为低分子量聚合物，它 们吸附在颜料表面，通过空间位阻作用稳 定解絮凝状态。 ANTI-TERRA-U 是这类助剂中的一员，几 十年的应用证明了其有效性，如今它仍被 广泛地使用着。较新的开发包括 DISPERBYK-107 或 DISPERBYK-108 等产品，它 们能满足当前诸如“无芳香族溶剂”或 “无溶剂”这样的新要求。第11页中将探 讨特别用于通用色浆的润湿分散剂。
溶剂型体系用高分子量聚合物型 润湿分散剂
为了使助剂有效，助剂持久吸附在颜料表 面是至关重要的。而颜料表面性质对助剂 的效果也起决定性作用。无机颜料具有离 子型的结构，有较高的表面极性，因而使 助剂的吸附比较容易。而有机颜料是由一 个个非极性分子所组成的结晶，因而有机 颜料有一个非极性的表面，因此对常规助 剂来说吸附于颜料表面颇为困难。实际 上，这意味着常规的润湿分散剂对有机颜 料的解絮凝和稳定化作用不够。基于上述 原因，在过去几年中发展了一类新的助剂 —高分子量聚合物型润湿分散剂（图9）。 这些助剂和常规低分子量聚合物助剂的区 别在于：分子量大得多从而具有了树脂那 样的特性。此外这种新的助剂含有多得多 的吸附基团。因为有了这样的结构特色， 所以这种助剂可以在许多有机颜料上形成 持久的吸附层。通过良好的溶剂化了的聚 合物链的空间屏蔽作用产生了稳定化作用 （与常规产品一样）。只有当这种聚合物 链适当地舒展，并与周围的树脂溶液十分 相容时，才有可能获得最佳的稳定化作 用。如果相容性有问题，那么聚合物链萎 缩，结果就失去了空间屏蔽及由之产生的 稳定化作用。
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分散助剂
分散助剂吸附在颜料表面，以电荷相斥 和/或空间位阻来保持合适的颜料间的距 离，这样减少了不受控制的絮凝的倾向。 这二种稳定化的机理在后面将予描述。
电荷相斥
电荷相斥
颜料颗粒在液态涂料中其表面带有电荷。 通过助剂的使用，有可能使电荷增强，并 使所有的颜料颗粒带有 相同 的电荷，相 反电荷的离子聚集在颜料表面附近（在液 相），从而形成“双电层”( 图5 )。稳定 化程度随着双电层的厚度的提高而增强。 电荷相斥稳定机理对水性的乳液分散体及 相关体系特别有用。从化学上来说，用于 这种分散体系的助剂是聚电解质—在侧链 多处含有电荷的较高分子量的产品。 由于它们的化学结构，这类助剂很难显示 任何的润湿作用；因此在实际应用上需要 和润湿助剂一起使用。
高分子量聚合物型润湿分散剂
图9

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解絮凝型 润湿分散剂
高分子量聚合物型产品与低分子量的品种 相比较，在与各种涂料树脂的相容性上更 有限制。因此，出现了一族化学结构上类 似的助剂系列 (根据分子量，极性和相容 性分类) 。高分子量助剂的推荐用量比那 些低分子量的常规型助剂要高的多。 (关 于用量的具体数据请参阅第14页) 。虽然 聚合物型润湿分散剂是为有机颜料而开发 的，然而也可用于无机颜料。这类助剂中 的主要产品有 DISPERBYK-161，它用于 高档工业涂料，如汽车涂料。 DISPERBYK-163 或 DISPERBYK-167 (无 芳香族溶剂 )，它们适用于多种工业用漆。 DISPERBYK-160 系列的助剂 ， 含有阳离 子锚定基团，在个别情况下可能会与涂料 配方中的酸性组份（如卷材涂料中的酸催 化剂）相互作用。 此时宜用 DISPERBYK-170 系列的助剂， 它们具有另一类锚定基团，因而能避免此 类问题的发生，这类助剂中也包括专门用 于稳定二氧化钛的产品 (如 DISPERBYK110)。 这些有机溶剂能改变已溶解聚合物结构 的溶剂化性质，因而能对粘度产生一定 影响。目前有许多无助溶剂配方的开发 工作正在进行，但迄今为止尚少有成功的 例子。 在这种稳定化方式下，考虑到目前几乎每 一个水性涂料配方中都含有少量助溶剂， 有机 助溶剂 对体系稳定化的影响则更为 重要。 脂的混合物 (混合体系) 的水性体系。然 而，实际中发现，聚合物型润湿分散剂的 空间屏蔽作用往往更为有效尤其是在高档 工业涂料。该机理的作用方式与在溶剂型 涂料中相同，唯一的要求是，聚合物助剂 必须有足够的极性，以保证与水性体系相 混容。由于过高的极性可能会对涂料体系 的耐久性产生负面效果(如抗水性)，所以 这类助剂并不要求必须是水溶性的，而应 适当地平衡。属于这类助剂的典型产品 有 DISPERBYK-180, DISPERBYK-184 和 DISPERBYK-190。和 前 述 的 聚 电解 质 相 比，因为稳定化机理不同，所以此类助剂 的分散效果不会因电解质的存在而下降。
润湿和分散的过程
Washburn 方程式
1 润湿
2 分散
3 稳定
v=
r dl = · dt 2I
cos
v = 渗透速度 l = 渗透深度 t = 时间 r = 毛细孔的半径 = 液相的粘度 = 液相的表面张力 = 接触角
图3
图4
颜料亲和 基团
图6
释性体系。由于有颜料亲和基团（极性） 和能与树脂相混容的链段(非极性)所组成 的特殊结构，这些助剂表现出明显的表面 活性性质。换言之，它们不仅能使颜料分 散体稳定，而且还有润湿助剂的功能。
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分散助剂
可控絮凝
假使颜料亲和基团并不仅仅限制在助剂分 子中的一个小区域内，而是以特殊的形式 在整个分子上分布着，那么这样的一个助 剂在各颜料颗粒间起到架桥的功能。由于 助剂的设计而形成如图7所示的三维润湿 结构，这种絮凝体的大小和稳定性决定于 助剂—助剂(特别是通过助剂)，助剂—颜 料的相互作用。在这种情况下，发生了可 控絮凝状态，其絮凝的程度取决于助剂的 化学结构和用量。同样由于这种化学结 构，单个的颜料颗粒（由于助剂分子的存 在）仍然保持互相分离的状态。这种类型 的颜料稳定作用形成了与颜料处于解絮凝 状态的不同的涂料特性。有关细节将在以 后的章节中讨论。在不同的情况下必须评 估何种稳定方式更为有利。
沉降 流挂
图1
可能的涂料缺陷
絮凝
絮凝 / 发花（指擦试验）
贝纳德漩涡
颜料分散
在分散过程中（图2），对体系施加能量， 从而形成了较小的颗粒（与树脂溶液有较 大的界面）。这样的体系会力图摆脱高能 态而回复到原来的低能状态。以微细颗粒 分布的颜料恢复絮凝体就说明了这一点。 并因此产生了如降低颜色强度，降低光泽 和改变流变性的影响。 从结构上来看，絮凝体与附聚体非常相 似，但絮凝体中颜色之间是树脂溶液而不 是空气。
絮凝状态 解絮凝状况 絮凝 分散 附聚体（絮凝体） 原始颗粒（理想的分散体）
图2
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颜料研磨过程
在颜料研磨的各过程可分成下述三步 ( 图 3 ): 在第一步中，颜料表面所有的空气和潮气 被逐出，而由树脂溶液所取代。固 / 气界 面（颜料 / 空气）转变为固 / 液界面（颜 料 / 树脂溶液）。树脂溶液必须渗透进附 聚体间的空间。 在最终的第三步中，颜料分散体必须得到 稳定，以防止形成不受控制的絮凝。在后 面将描述，用特殊的技术可使颜料颗粒保 持合适的相互距离，而不恢复接触。在大 第一步(润湿)和第三步(稳定)可受助剂影 响。润湿助剂加速树脂对颜料附聚体的润 湿：分散助剂增进颜料分散体的稳定。同 一种产品常兼具润湿和分散助剂二者的 功能。 第二步是真正的颜料研磨过程，通过机械 能(撞击和剪切力)，颜料附聚体破裂，粒 度随之减小。 多数应用中，希望得到稳定的解絮凝状 态。在其他应用中，颜料分散体能在受控 共絮凝条件下稳定。(这将在后面论述)
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为什么要使用润湿分散剂 ?
在色漆生产中，最重要的步骤之一是固体 颜料在液相基料溶液中的均匀分布。假使 颜料研磨步骤不是最佳，那么许多缺陷就 会发生： • 絮凝 • 光泽降低 • 颜色偏移 • 浮色/发花 • 贝纳德漩涡 • 沉淀 此外，以下的与流变有关的性质也会受到 负面的影响: • 流挂 • 流平 在颜料研磨过程中，颜料附聚体逐渐变 小；理想的情况是得到原始粒子。附聚体 是颜料颗粒的“集合”，在颜料个体颗粒 之间的内部空间包含着空气和潮气。颗粒 之间以边和角相接触，颗粒间相互作用比 较小，所以这种力可被一般的分散设备所 克服。（反之，聚集体比较紧密，颜料个 体颗粒间存在着面与面的接触，因此将它 们分散为原始颗粒就困难得多。)
图5
通过空间位阻作用的颜料稳定
基料 相容链段
空间位阻
以空间位阻起作用的分散助剂有二个特殊 的结构特征。第一，这些产品含有一个或 多个称之为“颜料亲和”的基团—锚定基 团或粘附基团—所有这些都对颜料表面具 有牢固的、持久的吸附力。第二，这些产 品含有与树脂相混容的链段(碳氢结构)， 当助剂吸附在颜料表面后，这些链段会尽 可能从颜料表面伸向周围的树脂溶液。这 层有伸出链段的，吸附着的助剂分子构成 了空间屏蔽或“熵稳定化作用”(图6)。 上述的稳定作用还由于助剂的聚合物链段 与树脂聚合物间相互作用而进一步加强， 也就是说，因这相互作用使颜料颗粒外围 有了更厚的“壳”。这种稳定化机理发生 于含有溶剂化树脂的溶剂型体系和水可稀
可控絮凝
图7
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解絮凝型润湿分散剂
解絮凝建立起一个接近牛顿流动的特性， 同时降低了粘度。这样，流动性得到了改 进，并可能有较高的颜料含量。由于解絮 凝的颜料颗粒小，从而可提高光泽，增加 颜色强度。同时，可使透明颜料的透明性 和不透明颜料的遮盖力提高，这取决于制 造商设计的颜料为透明的或不透明的。 一般来说，解絮凝能改善颜料特性，同时 更有效的使用颜料，这在经济上是非常重 要的（尤其是对昂贵的有机颜料）。絮凝 的程度也影响颜料展现的色相和着色力 （图 8）。例如，假使一个体系在储存中 有絮凝倾向，那么就会发生颜色的偏移。 尤其是在要求特别严格的情况下（如在配 色体系的基漆组分），要生产出指定色相 而质量稳定的涂料，完全解絮凝是唯一的 方法。总之，上述性质与面漆特别相关。
Substance for Success.
技 术 信 息 L-WI 1
Wetting and Dispersing Additives 润湿分散剂
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润湿分散剂
目录
为什么要使用润湿分散剂 ? 颜料研磨过程 润湿助剂 分散助剂 解絮凝型润湿分散剂 控制絮凝型润湿分散剂 用于稳定通用色浆的星形聚合物 防止浮色和发花 实用的提示和建议
润湿助剂
树脂溶液润湿颜料附聚体受许多因素的 影响。液相渗透进附聚体内空间的速度 (在相当简化的条件下) 可以用数学形式 Washburn 公式来表示(图4)。 假设颜料颗粒之间的孔隙是半径为 r 的圆 柱形细管。方程式右边的第一个因子表明 堆积疏松的附聚体和低粘度的液相有利于 颜料粒子被快速润湿(高的渗透速度)。但 是，涂料生产商无法改变颜料附聚体的结 构，并且降低液相粘度的可能性也很有 润湿助剂可定义为降低颜料与树脂溶液接 触角的物质，其结果是加速液相进入附聚 体结构中。 限。我们能更多地对第二个因子即液相的 表面张力和接触角施加影响。二者都会受 润湿助剂影响，但它们并非相互独立：在 具有高的表面张力的同时，不可能有小的 接触角。在实际中，润湿助剂用于将表面 张力降至所需水平以使接触角趋近于零； 过度降低表面张力应予避免。 这类物质的特性是具有表面活性结构：极 性、亲水结构部分和非极性、疏水结构部 分结合在同一分子内。正因为具有这样特 别的结构，结合而成的分子是具有界面活 性的（例如：润湿助剂会迁移到颜料 / 基 料溶液的界面）。从化学角度看，按极性 部分是怎样结合在分子中的情况，润湿助 剂可分为离子型或非离子型。一般来说， 非极性部分为碳氢链。