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潤濕分散劑的實(shí)用性和效果解析

發(fā)布時(shí)間：

2024-12-18 08:57

要實(shí)現(xiàn)理想的涂料分散系統(tǒng)，除了樹脂、顏料與溶劑的恰當(dāng)配比，還需借助潤濕分散劑的協(xié)助。潤濕劑與分散劑多為表面活性劑，但各有側(cè)重。潤濕劑主要通過降低物質(zhì)表面張力發(fā)揮作用，其分子量相對較小。分散劑則吸附在顏料表面，通過產(chǎn)生電荷斥力或空間障礙，防止顏料有害絮凝，保持分散體系的穩(wěn)定，其分子量通常較大。不過，目前也有許多高分子化合物，因含有活性基團(tuán)，被用作潤濕分散劑。

注意，潤濕劑與分散劑的功能有時(shí)難以截然區(qū)分，部分助劑同時(shí)具備潤濕與分散的雙重功效。

顏料潤濕分散的基本原理

分散體系的構(gòu)成

涂料中顏料的分散主要取決于分散系組成物的性質(zhì)及它們之間的相互作用，顏料在漆料中的分布情況及分散結(jié)構(gòu)，決定了整個(gè)分散系的穩(wěn)定性。

干顏料存在著三種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形態(tài)。首先是原級(jí)粒子，它們可以是單個(gè)顏料晶體，或是一組緊密相關(guān)的晶體，其粒徑極小。其次是凝聚體，這是由原級(jí)粒子以面相互接觸形成的團(tuán)塊，其整體表面積遠(yuǎn)小于其構(gòu)成粒子表面積的總和，因此再分散起來相當(dāng)困難。最后是附聚體，由原級(jí)粒子通過點(diǎn)或角的接觸形成的團(tuán)塊，其總表面積雖然大于凝聚體，但仍小于單個(gè)粒子表面積的總和，相對而言，再分散較為容易。凝聚體和附聚體，我們通常統(tǒng)稱為二次粒子。

在制備分散體系時(shí)，我們主要采用分散法和凝聚法兩種方法。而涂料分散體系，則是通過分散法精心制造出來的，依據(jù)其特性，涂料可以分為六種不同的分散系。

這六種分散系分別是：親水性顏料在水性漆料中的分散；親水性顏料在油性漆料中的分散；親油性顏料在水性漆料中的分散；親油性顏料在油性漆料中的分散；親水性顏料與親油性顏料共同在水性漆料中的分散；以及親水性顏料與親油性顏料共同在油性漆料中的分散。

當(dāng)然，在實(shí)際操作中，要將顏料和基料嚴(yán)格劃分為親油或親水并不容易。為了簡化，我們通常將無機(jī)顏料視為親水性，而將有機(jī)顏料視為親油性。這樣的分類有助于我們更好地理解和處理涂料分散體系中的各種問題。

潤濕作用

在潤濕過程中表面性質(zhì)及能量發(fā)生了變化。只有在固/液之間的黏合力大于液/液之間的黏合力時(shí)，才能獲得較好的潤濕性。

固/液接觸角——楊氏定理

（1）固/液接觸角——楊氏定理。當(dāng)固、液表面相接觸時(shí)，在界面邊緣處形成一個(gè)夾角，即接觸角。用它衡量液體對固體潤濕的程度。

各種表面張力的作用關(guān)系可用楊氏公式表示，接觸角越小，潤濕效果越好。

潤濕分散劑的基本結(jié)構(gòu)及類型

潤濕分散劑主要成分為表面活性劑，這些分子結(jié)構(gòu)獨(dú)特，一端為非極性的親油碳?xì)滏湥硪欢藶闃O性的親水基團(tuán)，兩者分別位于分子的兩側(cè)，形成了既親油又親水的非對稱結(jié)構(gòu)。這種特殊的分子結(jié)構(gòu)，決定了表面活性劑的性質(zhì)。

當(dāng)表面活性劑溶于水時(shí)，其溶解度和效率往往會(huì)隨著疏水基碳鏈的增長而迅速下降。因此，在選用表面活性劑時(shí)，對于碳鏈長度的考量顯得尤為重要。特別是C₁₄或更長碳鏈的脂肪族同系物，它們在水性涂料中的溶解度相對較低，卻更適合用于非水系涂料，展現(xiàn)出良好的溶解性能。

根據(jù)表面活性劑在水中的離解程度，我們可以將其大致分為離子型和非離子型兩大類。離子型表面活性劑又可細(xì)分為陽離子型、陰離子型和兩性型。除此之外，還存在一種電中性的表面活性劑，它們在各類應(yīng)用中同樣扮演著重要角色。

陰離子型表面活性劑

非極性基帶有負(fù)電荷的化合物，如油酸鈉C₁₇H₃₃ COONa。主要有羧酸鹽、硫酸酯鹽（R-O-SO₃Na）、磺酸鹽（R-SO₃Na）、磷酸酯鹽[(RO)₂POONa]。

陰離子型表面活性劑作為潤濕劑使用最久，無論在水系或非水系涂料中使用量都較大；在非水系中（多數(shù)不產(chǎn)生電解作用），與帶負(fù)電荷的顏料可產(chǎn)生有效吸附，涂料所用的顏料（氧化物或體質(zhì)顏料）多半具有負(fù)電荷。另外，涂料的基料多數(shù)是陰離子性的，所以與陰離子型的潤濕分散劑混溶性較好，被廣泛地應(yīng)用。

陽離子型表面活性劑

非極性基帶正電荷化合物。如十八碳烯胺醋酸鹽C₁₇H₃₃CH₂NH₂OOCCH₃。主要有烷基季銨鹽、氨基丙胺二油酸酯、季銨鹽、特殊改性的多氨基酰胺磷酸鹽等。

陽離子表面活性劑吸附力非常強(qiáng)，在非水系分散系中適用于具有正電荷的顏料（炭黑、各種氧化鐵、有機(jī)顏料類）。因其可在顏料分散時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的結(jié)合而被應(yīng)用。

陽離子表面活性劑在氧化干燥涂料中會(huì)延緩干燥時(shí)間，能與基料的羧基起化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生副作用，因此使用時(shí)要非常慎重。

非離子型表面活性劑

不能電離，不帶電荷，在顏料表面上吸附能力比較弱，主要在水系涂料中使用。如脂肪酸環(huán)氧乙烷的加成物C₁₇H₃₃CH₂COO(CH₂CH₂О)_nH。

非離子型表面活性劑主要有聚乙二醇型、多元醇和聚乙烯亞胺衍生物等3種類型。這類表面活性劑主要是用于降低表面張力和提高潤濕性。聚二甲基硅氧烷和改性的有機(jī)硅聚合物在涂料中得到了廣泛的應(yīng)用。它們具有降低表面張力、防止發(fā)花、浮色和改善流平性的作用。

兩性表面活性劑

通常所說的兩性表面活性劑系指由陰離子和陽離子所組成的化合物。蛋黃里的卵磷脂是天然的兩性表面活性劑。它是由磷酸酯鹽型的陰離子部分和季銨鹽型的陽離子部分構(gòu)成的兩性表面活性劑。

卵磷脂是一種較好的天然潤濕劑，很早就被涂料工業(yè)使用。涂料工業(yè)使用的卵磷脂多為大豆卵磷脂，由豆油中提煉加工而成。

電中性表面活性劑

在分子中陰離子和陽離子有機(jī)基團(tuán)的大小基本相等。所以整個(gè)分子呈現(xiàn)中性，但卻具有極性。如油氨基油酸酯C₁₇H₃₃CH₂NH₂OOC₁₇CH₃₃是長鏈多氨基聚酰胺和極性酸的酯，是德國BYK公司的電中性潤濕分散劑。

電中性表面活性劑在涂料中使用范圍較廣，與所有溶劑型基料都具有良好的混溶性，沒有副作用，是一種很好的潤濕分散劑。

另外，最近出現(xiàn)了一種具有超分散能力的高分子分散劑，這種高分子化合物的分子由兩部分組成。一部分是與溶劑具有強(qiáng)親和力的聚合鏈，另一部分是與粒子表面具有強(qiáng)親和力的錨錠基團(tuán)，在分散系中錨錠部分和粒子表面進(jìn)行聚合反應(yīng)，像鐵錨一樣牢牢地扎在粒子表面上，其分散部分伸展在溶劑中，形成吸附層，但其與前面講的吸附層不同，故而將其叫錨錠吸附層。

涂料工業(yè)使用的潤濕分散劑的種類

因?yàn)橥苛戏N類不同，所需要的潤濕分散劑的種類也各不相同。為了滿足各類涂料的需要，各種潤濕分散劑的分子結(jié)構(gòu)、特性及作用機(jī)理也各不相同。因此導(dǎo)致了各種潤濕分散劑的出現(xiàn)。

溶劑型涂料使用的潤濕分散劑

天然高分子類

卵磷脂是這類添加劑的代表品種，作為油性潤濕分散劑用在涂料和油墨中。吸附在無機(jī)顏料的表面上有潤濕和分散的效果，使顏料形成絮凝結(jié)構(gòu)，因此具有防浮色、防沉淀、防流掛的作用。卵磷脂的添加必須準(zhǔn)確，多加、少加都會(huì)影響涂料的性能。由于卵磷脂中含有磷脂質(zhì)，容易和基料中的游離酸反應(yīng)，能夠降低涂膜性能。使用不當(dāng)還會(huì)降低涂膜的光澤。

合成高分子類

這類添加劑一般是合成的長鏈聚酯的酸和多氨基鹽。屬于兩性的表面活性劑，所以應(yīng)用范圍比較廣。吸附在顏料表面上，吸附膜較厚，提高了顏料分散的穩(wěn)定性，可以防止浮色發(fā)花。另外靜電涂裝時(shí)能降低電阻值，增強(qiáng)導(dǎo)電性。

多價(jià)羧酸類

該類添加劑可以使混合顏料形成雜絮凝，防止單一顏料的過度絮凝。還有添加到顏料色漿中，可作為研磨助劑使用。

特殊乙烯類聚合物

這類添加劑具有低聚物分子量。屬于高分子活性劑，作為分散穩(wěn)定劑、潤濕劑。根據(jù)分子量和組成不同，還可作為流平劑和消泡劑使用。

偶聯(lián)劑

目前應(yīng)用較多的有硅系和鈦系偶聯(lián)制。偶聯(lián)劑分子的兩端結(jié)構(gòu)不同，一端親有機(jī)物質(zhì)，另一端親無機(jī)物質(zhì)，在體系內(nèi)，偶聯(lián)劑起到了有機(jī)和無機(jī)物的架橋作用，將有機(jī)物和無機(jī)物連接起來。偶聯(lián)劑在涂料中使用具有潤濕、分散、防沉、增加涂膜的附著力等作用。

其他類

作為潤濕分散劑使用的還有松香的順丁烯二酸酐化合物，植物油的磷酸鹽、蓖麻油脂肪酸、脂肪醇的硫酸鹽、磺基琥珀酸的衍生物等。

合成的表面活性劑有烷基磺酸鹽、烷基磷酸酯鹽、烷基氨基的氯化物和磷酸鹽、山梨糖醇脂肪酸酯等。

水性涂料使用的潤濕分散劑

潤濕劑

陰離子型的潤濕劑有十二烷基（辛基、己基、丁基）磺基琥珀酸鹽、烷基萘磺酸鈉、蓖麻油硫酸化物、十二烷基磺酸鈉、硫酸月桂酯、油酸丁基酯硫酸化物等。陽離子型的潤濕劑有烷基吡啶鹽氯化物。非離子系的有烷基苯酚聚乙烯醚、聚氧己烯烷基醚、聚氧乙烯乙二醇烷基酯、聚氧乙烯乙二醇烷基芳基醚、乙炔乙二醇等。

分散劑

分散劑有3大類，無機(jī)類、有機(jī)類及高分子類，效果較好的是高分子類。

無機(jī)類：聚磷酸鹽（焦磷酸鈉、磷酸三鈉、磷酸四鈉、六偏磷酸鈉等）、硅酸鹽（偏硅酸鈉、二硅酸鈉）。

有機(jī)類：陰離子型、陽離子型及非離子型3類。烷基聚醚硫酸酯、烷基芳基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基鈉磺酸鹽、二烷基磺基琥珀酸鹽、烷基苯磺酸鹽、脂肪酸酰胺衍生物硫酸酯、蓖麻油硫酸化物、聚乙二醇烷基芳基醚磺酸鈉等為陰離子型。烷基酚聚乙烯醚、二烷基琥珀酸鹽、山梨糖醇烷基化物、聚氧乙烯烷基酚基醚等為非離子型。烷基吡啶??氯化物、三甲基硬脂酰銨氯化物等為陽離子型。

高分子類：聚羧酸鹽、聚丙烯酸衍生物、聚甲基丙烯酸衍生物、順丁烯二酸酐共聚物（二異丁烯-順酐；苯乙烯-順酐）、縮合萘磺酸鹽、非離子型水溶性高分子（聚乙烯吡咯酮、聚醚衍生物)等。

相關(guān)應(yīng)用