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。
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
பைடு நூலகம்
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)
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。
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
2
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。)
Substance 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。
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
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。
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
பைடு நூலகம்
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)
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。
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。)
Substance 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。
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