润湿分散剂(作用机理相关基础知识-涂料相关)
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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
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。
4
技术信息 L-WI 1
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。
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
3
技术信息 L-WI 1
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)
第3页 第4页 第4页 第 5-6 页 第 7-9 页 第 10-11 页 第 12 页 第 13 页 第 14-15 页
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技术信息 L-WI 1
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。)
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 tance for Success.
Wetting and Dispersing Additives 润湿分散剂
技术信息 L-WI 1
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
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。
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
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。
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技术信息 L-WI 1
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。
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
3
技术信息 L-WI 1
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)
第3页 第4页 第4页 第 5-6 页 第 7-9 页 第 10-11 页 第 12 页 第 13 页 第 14-15 页
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技术信息 L-WI 1
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。)
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 tance for Success.
Wetting and Dispersing Additives 润湿分散剂
技术信息 L-WI 1
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
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。