分散剂的作用原理

荧光灯制造中用的分散剂

引言：为使带有固相颗粒(荧光粉、氧化铝等)的水性涂液(悬浮液)稳定，不发生呈粥样聚结成团现象，一定要在涂液中加入分散剂，从而得到密实、均匀和光滑的涂层。本文从分散原理，常用种类和添加量上加以阐述。

一、分散剂的功能

粉桨中所用分散剂的功能如下：

1)降低粉浆的粘度;

2)最大化增加粉浆中固相颗粒所占的比例;

3)避免因触变性(thixotropy)而导致的困难(粉浆在静止时粘度无限地增加的现象);

4)防止固相颗粒沉降，以获得厚度均匀一致的涂层;

5)改善固相颗粒的分散率、使涂层排列致密;

6)修正涂液的流变性质;

7)减少固相颗粒的表面能，以降低球磨时所需的能量;

二、分散剂的作用原理

水性涂液中固相颗粒凝聚成团的程度取决于颗粒之间的London分散力和Van de Waals吸引力，而这两个力取决于固相颗粒的表面化学性能和颗粒的载荷密度。在水性涂液中添加分散剂的作用在于分散剂会改变固相颗粒的表面化学性能，从而改变分散相固体颗粒之间的相互作用。

1、静电稳定

水是高度极性的液体，在水中的多数固相颗粒是带负电的，基于同性相斥的原理，在水中添加阴离子分散剂将增加固相颗粒之间的排斥力。能起到使固相颗粒在水中静电稳定的分散剂的缺点是对涂液中固相颗粒所占比例、电离度和pH值较灵敏。如下图上面一图所示。

2、空间位阻稳定

在水中添加聚合物分散剂、涂液中的固相颗粒表面定向吸附上一定分子量(1000——10000)的聚合物，这类高分子聚合物的柔软的亲水链尾部将伸入水中，其另一端将锚定在固相颗粒上。于是，固相颗粒的表面就被这类高分子聚合物包围起来了，如上图中

间一图所示。当固相颗粒相互靠近时，聚合物的自由能将上升，此时体系将呈不稳定状态。因此通过所谓“空间位阻效应”可以使分散体系稳定。

3、静电空间位阻(Electrosteric)稳定

静电空间位阻稳定是静电稳定和空间位阻稳定间的交叉，此时，固相颗被复盖以带负电的聚合物，如上图最下一图所示。在此场合，所需的分散剂最少，而且，涂液的分散性能对固相颗粒所占比例，电离度和pH值就不那么灵敏。

三、分散剂添加量的测定

由于不同的分散相颗粒有不同的等电点，不同的酸碱度，不同的大小分布，不同的形态和表面性质，因此，应对分散剂的种类加以选择，要求所用分散剂可使粉浆粘度大幅下降，并能防止聚结成团和沉降，而且要求添加量尽可能的低，以降低成本。

可用于稀土荧光粉和卤粉粉浆的分散剂有多种，阴离子型、阳离子型都可使用。根据上述原则，目前我国普遍采用由英国Siba公司进口的牌号为Dispex A40A的阴离子型表面活性剂作分散剂。Dispex A40A是羧酸聚合物的铵盐(多元羧酸铵)，它是浅棕色的低粘度液体，浓度为40%，与水良好混溶，具有良好的稳定性，在高温及碱性条件下粘度稳定，它是由多元羧酸和氨水反应制得。Dispex A40的相对密度为1.16(水为1.0)，pH值为7.5-8.5。

采用Dispex A40A作分散剂分散效果良好，但是用得太多的话，荧光灯的初始光通将下降，灯的流明维持率将变差。其原因是在550°C的烤管温度下的残留物为黑色残渣。我们做了Dispex A40A的热释重测量，550°C下烤10分钟残留的百分比为0.6%，因此在获得良好分散性能的前提下，Dispex A40A的用量应越少越好。w

如何知道Dispex A40A的最佳用量呢?我们应测量粉浆粘度和Dispex A40A添加量的关系曲线。如下图所示。

图中纵座标为粉浆相对粘度，此值可用涂4杯所测得的秒数表示;横座标为Dispex A40A 的添加量，以毫克表示(为精密测量，可将Dispex A40A稀释)。随着在固相颗粒表面锚定的

高分子聚合物分散剂的量的增加，直指饱和，粉浆粘度下降到一定值后不再下降(如图中的Ideal曲线)，在曲线拐点处的添加量就是此种固相颗粒粉浆中分散剂的最大添加量。Ideal 曲线是此类粉浆最理想的分散剂。图中Acceptable曲线是可接受的用于此类粉浆的分散剂;上图中，Not acceptable曲线是不能用于此类粉浆的分散剂。对于稀土荧光粉和卤粉粉桨，Dispex A40A分散剂价格低，用量也少，用它作为分散剂的粉浆所测定的粘度和添加量的关系曲线是可以接受的。

为减少分散剂的用量，可多用些润湿剂，以增加粉浆的分散效果(润湿剂在烤管后基本无残留)。对于不同的固相颗粒成分，应控制粉浆的pH值，要求在此pH值时，粉浆的Zeta 电位值要偏离于此固相颗粒的等电点(Zeta 电位为零)值。此时因固相颗粒带上了同等电荷，相互排斥，分散效果就好了。