国产超分散剂在油墨与涂料中的应用

国产超分散剂在油墨与涂料中的应用

一、超分散剂的结构特征及作用机理

超分散剂是一类特殊的聚合物型多功能润湿分散助剂。其分子结构可分为两个部分。一部分为锚固基团，其主要作用是将超分散剂紧密吸附于颜料表面，防止超分散剂脱附;另一部分为溶剂化链，其主要作用是在颜料表面形成一定厚度的保护层。当吸附有超分散剂的颜料粒子相互靠近时，由于保护层的空间障碍，颜料粒子难以形成紧密的团聚体或絮凝体，从而使颜料粒子容易分散并且在介质中具有良好的分散稳定性。

超分散剂有两种不同的作用方式，即在颜料表面处理过程中的作用方式和在颜料分散过程中的作用方式。

在颜料表面处理过程中的作用机理是：在有机或无机颜料的合成过程中，颜料粒子一旦形成(一次粒子)，经过特殊设计的超分散剂会迅速吸附到颜料表面形成保护层，将颜料粒子包围起来，同时把颜料粒子的晶格缺陷填满，使颜料表面易于凝聚的活性点钝化，从而有效防止颜料粒子的进一步凝聚.即使颜料粒子在过滤压实及干燥过程中发生凝聚，由于超分散剂的隔离作用，颜料粒子的凝聚状态也非常疏松(粒子之间主要以点和棱接触)，所得颜料在后续应用过程中特别容易分散.

在颜料分散过程中的作用机理是：超分散剂的锚固基团牢固吸附于颜料表面，而溶剂化链能迅速溶解于分散介质中，并与分散介质具有良好的相容性，因此超分散剂能大大降低颜料粒子与分散介质之间的界面张力，使颜料在分散过程中能很快被介质润湿。同时由于保护层的空间障碍，当吸附有表面处理剂的颜料粒子相互靠近时，颜料粒子难以进一步靠拢而凝聚，从而使颜料粒子容易分散并在介质中具有良好的分散稳定性。

二、国产超分散剂的发展历史

1991年国内文献首次出现对国外超分散剂的介绍性报导。1992年-1997年，华东理工大学王正东博士等人在国家自然科学基金项目、化工部科技开发项目、上海市青年科技启明星计划及启明星跟踪计划、上海市科委国际合作项目等科研经费资助下，就超分散剂的分子结构设计、超分散剂的合成及超分散剂结构与性能之间的变化规律等理论问题进行了系统研究。在此期间，华东理工大学在1994年开发了WL系列超分散剂小试产品，并在有限范围内获得应用，1995年该产品被评为国家级重点新产品。

1996年，在WL系列超分散剂的基础上，王正东博士等人改进工艺，开发了CH系列超分散剂，实现了产品的更新换代，申请了国家专利并于2000年4月2 8日正式获得批准（专利号：96116371.2）。1997年超分散剂中试产品正式投放

市场,1999年CH系列超分散剂通过国家超细粉末工程研究中心暨上海华明高技术（集团）有限公司实现销售近100吨。

1999年底上海三正高分子材料有限公司正式成立，这是一家由华东理工大学、上海合成树脂研究所、上海有机化学研究所的科研人员提供技术支撑，以颜料表面处理技术和分散技术为主攻方向的高科技企业。由于公司科研势力雄厚，新产品开发速度快，所以公司在国内市场上的知名度很快提升，并有利地开拓了国际市场，产生了较好的经济效益和社会效益。CH系列超分散剂被评为2001年度上海市新产品和2002年度上海市高新技术成果转化项目。

三、超分散剂的使用方法及效果

1、超分散剂的选择

油墨用超分散剂的选择主要考虑颜料的种类和粘结料中溶剂的种类两个因素。在胶印油墨以及以甲苯作为主要溶剂的书刊凹版油墨中，一般选用CH-5或CH-3型超分散剂，个别情况下（如某些炭黑颜料）可选用CH-6型超分散剂；在以乙酸乙酯为主要溶剂的凹版油墨中，一般选用CH-10S或CH-13型超分散剂；在乙醇、异丙醇作为主要溶剂的柔版油墨中，一般选用CH-10B或CH-10S型超分散剂；在水性油墨中，对无机颜料而言，可选用CH-10B型超分散剂，对有机颜料而言，则选用CH-12B型超分散剂；在紫外光固化油墨中，一般选用CH-13型超分散剂。另外，对于酞菁颜料及炭黑颜料，选用CH-11或CH-11A型超分散剂与上述超分散剂配合使用，效果更加显著（其中，CH-11用于胶印油墨及书刊凹印油墨，CH-11A用于水性或醇溶性油墨）。对联苯胺黄类颜料，必要时可选用CH-22型超分散剂作为协同剂使用。详细选用情况参考下表。

CH系列超分散剂在油墨中的应用

涂料用超分散剂的选择同样需要考虑颜料的种类和溶剂的种类。在以芳香烃为主要溶剂的汽车涂料和工业涂料中一般选用CH-13型超分散剂，在以脂肪烃为主要溶剂的船舶涂料中一般选用CH-6型超分散剂，而在水性涂料中，分散无机颜料，可选用CH-10B 型超分散剂，分散有机颜料，则选用CH-12B型超分散剂。详细选用情况参考下表。

CH系列超分散剂在涂料中的应用

2、超分散剂的添加顺序与添加量

超分散剂应该在颜料之前加入到分散体系中，充分搅拌并溶解均匀后再加入颜料研磨。超分散剂的用量与颜料的BET比表面积有关，一般为每平方米2毫克，大致对应为无机颜料干重的1-3%，为有机颜料及炭黑干重的3-10%，个别可达到15%以上。超分散剂的最佳用量可通过实验确定。在最佳用量时，分散体系粘度最低，颜料着色力及油墨光泽、亮度等指标一般也都最好。

超分散剂在油墨FLUSH中使用时，使用方法较为复杂，以下是CH-5在油墨FLUSH中的应用实列：

在500份颜料红57：1的滤饼（固含量36％）中加入10份CH-5（或CH-5A），混合5分钟以上，加入160份Flush介质（含矿油30％，聚氨酯醇酸树脂15％，石油树脂33％，改性酚醛树脂22％），混合至变清澈，放掉水分，再加入500份滤饼，5份CH-5或CH-5A，140份Flush介质，继续混合至变清澈，放掉水分，抽真空脱水至含水量3％以下，最后加入35份Flush介质，10份CH-5或CH-5A，充分混合，得到颜料含量为50%的颜料FLUSH。（注：上述应用实例中采用的方法是两步挤水法。如果采用三步挤水法，则在第三步中不必再加CH-5，也可以将第二步中加入的CH-5分成两部分后分别加入到第二步及第三步中。）

3、超分散剂的使用效果

超分散剂的最大特点在于减弱了分散介质中颜料颗粒之间的相互作用，增加了颜料在介质中的润湿润性和分散稳定性。它不仅为分散体系的制备提供了一套独特的新工艺，而且有着十分明显的技术与经济效益，其优越性具体表现在：

1、能快速充分地润湿颜料，缩短达到合格细度的研磨时间，提高生产效率。

2、提高含固率，节省加工能耗，减少设备损耗和有机溶液剂用量，保护环境。

3、降低粘度，改善分散体系流变性能，使分散体系便于泵输或进行其它操作。

4、提高分散稳定性，延长贮存期，减少贮存损耗，避免再分散

5、可使多种粉体在同一介质中稳定、均匀地分散，极大地方便了操作

6、不易氧化，减轻了油墨、油漆产品的结皮现象，减少废弃物的产生。

7、研磨基料通用性强。例如，在超分散剂作用下，有机颜料能通过研磨高浓度地稳定分散在树脂溶液中，然后按照实际需要稀释并与不同树脂配合使用，配制成同种颜料不同牌号的油漆或油墨，从面构成了其使用方面的灵活性。

8、可获得更小的颜料尺寸及比较均匀的粒径分布，达到更完全的分散状态，由此使分散体系具有更优良的应用性能。