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润湿分散剂的实用性和效果解析

发布时间：

2024-12-18 08:57

要实现理想的涂料分散系统，除了树脂、颜料与溶剂的恰当配比，还需借助润湿分散剂的协助。润湿剂与分散剂多为表面活性剂，但各有侧重。润湿剂主要通过降低物质表面张力发挥作用，其分子量相对较小。分散剂则吸附在颜料表面，通过产生电荷斥力或空间障碍，防止颜料有害絮凝，保持分散体系的稳定，其分子量通常较大。不过，目前也有许多高分子化合物，因含有活性基团，被用作润湿分散剂。

注意，润湿剂与分散剂的功能有时难以截然区分，部分助剂同时具备润湿与分散的双重功效。

颜料润湿分散的基本原理

分散体系的构成

涂料中颜料的分散主要取决于分散系组成物的性质及它们之间的相互作用，颜料在漆料中的分布情况及分散结构，决定了整个分散系的稳定性。

干颜料存在着三种基础结构形态。首先是原级粒子，它们可以是单个颜料晶体，或是一组紧密相关的晶体，其粒径极小。其次是凝聚体，这是由原级粒子以面相互接触形成的团块，其整体表面积远小于其构成粒子表面积的总和，因此再分散起来相当困难。最后是附聚体，由原级粒子通过点或角的接触形成的团块，其总表面积虽然大于凝聚体，但仍小于单个粒子表面积的总和，相对而言，再分散较为容易。凝聚体和附聚体，我们通常统称为二次粒子。

在制备分散体系时，我们主要采用分散法和凝聚法两种方法。而涂料分散体系，则是通过分散法精心制造出来的，依据其特性，涂料可以分为六种不同的分散系。

这六种分散系分别是：亲水性颜料在水性漆料中的分散；亲水性颜料在油性漆料中的分散；亲油性颜料在水性漆料中的分散；亲油性颜料在油性漆料中的分散；亲水性颜料与亲油性颜料共同在水性漆料中的分散；以及亲水性颜料与亲油性颜料共同在油性漆料中的分散。

当然，在实际操作中，要将颜料和基料严格划分为亲油或亲水并不容易。为了简化，我们通常将无机颜料视为亲水性，而将有机颜料视为亲油性。这样的分类有助于我们更好地理解和处理涂料分散体系中的各种问题。

润湿作用

在润湿过程中表面性质及能量发生了变化。只有在固/液之间的黏合力大于液/液之间的黏合力时，才能获得较好的润湿性。

固/液接触角——杨氏定理

（1）固/液接触角——杨氏定理。当固、液表面相接触时，在界面边缘处形成一个夹角，即接触角。用它衡量液体对固体润湿的程度。

各种表面张力的作用关系可用杨氏公式表示，接触角越小，润湿效果越好。

润湿分散剂的基本结构及类型

润湿分散剂主要成分为表面活性剂，这些分子结构独特，一端为非极性的亲油碳氢链，另一端为极性的亲水基团，两者分别位于分子的两侧，形成了既亲油又亲水的非对称结构。这种特殊的分子结构，决定了表面活性剂的性质。

当表面活性剂溶于水时，其溶解度和效率往往会随着疏水基碳链的增长而迅速下降。因此，在选用表面活性剂时，对于碳链长度的考量显得尤为重要。特别是C₁₄或更长碳链的脂肪族同系物，它们在水性涂料中的溶解度相对较低，却更适合用于非水系涂料，展现出良好的溶解性能。

根据表面活性剂在水中的离解程度，我们可以将其大致分为离子型和非离子型两大类。离子型表面活性剂又可细分为阳离子型、阴离子型和两性型。除此之外，还存在一种电中性的表面活性剂，它们在各类应用中同样扮演着重要角色。

阴离子型表面活性剂

非极性基带有负电荷的化合物，如油酸钠C₁₇H₃₃ COONa。主要有羧酸盐、硫酸酯盐（R-O-SO₃Na）、磺酸盐（R-SO₃Na）、磷酸酯盐[(RO)₂POONa]。

阴离子型表面活性剂作为润湿剂使用最久，无论在水系或非水系涂料中使用量都较大；在非水系中（多数不产生电解作用），与带负电荷的颜料可产生有效吸附，涂料所用的颜料（氧化物或体质颜料）多半具有负电荷。另外，涂料的基料多数是阴离子性的，所以与阴离子型的润湿分散剂混溶性较好，被广泛地应用。

阳离子型表面活性剂

非极性基带正电荷化合物。如十八碳烯胺醋酸盐C₁₇H₃₃CH₂NH₂OOCCH₃。主要有烷基季铵盐、氨基丙胺二油酸酯、季铵盐、特殊改性的多氨基酰胺磷酸盐等。

阳离子表面活性剂吸附力非常强，在非水系分散系中适用于具有正电荷的颜料（炭黑、各种氧化铁、有机颜料类）。因其可在颜料分散时产生强烈的结合而被应用。

阳离子表面活性剂在氧化干燥涂料中会延缓干燥时间，能与基料的羧基起化学反应，产生副作用，因此使用时要非常慎重。

非离子型表面活性剂

不能电离，不带电荷，在颜料表面上吸附能力比较弱，主要在水系涂料中使用。如脂肪酸环氧乙烷的加成物C₁₇H₃₃CH₂COO(CH₂CH₂О)_nH。

非离子型表面活性剂主要有聚乙二醇型、多元醇和聚乙烯亚胺衍生物等3种类型。这类表面活性剂主要是用于降低表面张力和提高润湿性。聚二甲基硅氧烷和改性的有机硅聚合物在涂料中得到了广泛的应用。它们具有降低表面张力、防止发花、浮色和改善流平性的作用。

两性表面活性剂

通常所说的两性表面活性剂系指由阴离子和阳离子所组成的化合物。蛋黄里的卵磷脂是天然的两性表面活性剂。它是由磷酸酯盐型的阴离子部分和季铵盐型的阳离子部分构成的两性表面活性剂。

卵磷脂是一种较好的天然润湿剂，很早就被涂料工业使用。涂料工业使用的卵磷脂多为大豆卵磷脂，由豆油中提炼加工而成。

电中性表面活性剂

在分子中阴离子和阳离子有机基团的大小基本相等。所以整个分子呈现中性，但却具有极性。如油氨基油酸酯C₁₇H₃₃CH₂NH₂OOC₁₇CH₃₃是长链多氨基聚酰胺和极性酸的酯，是德国BYK公司的电中性润湿分散剂。

电中性表面活性剂在涂料中使用范围较广，与所有溶剂型基料都具有良好的混溶性，没有副作用，是一种很好的润湿分散剂。

另外，最近出现了一种具有超分散能力的高分子分散剂，这种高分子化合物的分子由两部分组成。一部分是与溶剂具有强亲和力的聚合链，另一部分是与粒子表面具有强亲和力的锚锭基团，在分散系中锚锭部分和粒子表面进行聚合反应，像铁锚一样牢牢地扎在粒子表面上，其分散部分伸展在溶剂中，形成吸附层，但其与前面讲的吸附层不同，故而将其叫锚锭吸附层。

涂料工业使用的润湿分散剂的种类

因为涂料种类不同，所需要的润湿分散剂的种类也各不相同。为了满足各类涂料的需要，各种润湿分散剂的分子结构、特性及作用机理也各不相同。因此导致了各种润湿分散剂的出现。

溶剂型涂料使用的润湿分散剂

天然高分子类

卵磷脂是这类添加剂的代表品种，作为油性润湿分散剂用在涂料和油墨中。吸附在无机颜料的表面上有润湿和分散的效果，使颜料形成絮凝结构，因此具有防浮色、防沉淀、防流挂的作用。卵磷脂的添加必须准确，多加、少加都会影响涂料的性能。由于卵磷脂中含有磷脂质，容易和基料中的游离酸反应，能够降低涂膜性能。使用不当还会降低涂膜的光泽。

合成高分子类

这类添加剂一般是合成的长链聚酯的酸和多氨基盐。属于两性的表面活性剂，所以应用范围比较广。吸附在颜料表面上，吸附膜较厚，提高了颜料分散的稳定性，可以防止浮色发花。另外静电涂装时能降低电阻值，增强导电性。

多价羧酸类

该类添加剂可以使混合颜料形成杂絮凝，防止单一颜料的过度絮凝。还有添加到颜料色浆中，可作为研磨助剂使用。

特殊乙烯类聚合物

这类添加剂具有低聚物分子量。属于高分子活性剂，作为分散稳定剂、润湿剂。根据分子量和组成不同，还可作为流平剂和消泡剂使用。

偶联剂

目前应用较多的有硅系和钛系偶联制。偶联剂分子的两端结构不同，一端亲有机物质，另一端亲无机物质，在体系内，偶联剂起到了有机和无机物的架桥作用，将有机物和无机物连接起来。偶联剂在涂料中使用具有润湿、分散、防沉、增加涂膜的附着力等作用。

其他类

作为润湿分散剂使用的还有松香的顺丁烯二酸酐化合物，植物油的磷酸盐、蓖麻油脂肪酸、脂肪醇的硫酸盐、磺基琥珀酸的衍生物等。

合成的表面活性剂有烷基磺酸盐、烷基磷酸酯盐、烷基氨基的氯化物和磷酸盐、山梨糖醇脂肪酸酯等。

水性涂料使用的润湿分散剂

润湿剂

阴离子型的润湿剂有十二烷基（辛基、己基、丁基）磺基琥珀酸盐、烷基萘磺酸钠、蓖麻油硫酸化物、十二烷基磺酸钠、硫酸月桂酯、油酸丁基酯硫酸化物等。阳离子型的润湿剂有烷基吡啶盐氯化物。非离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。

分散剂

分散剂有3大类，无机类、有机类及高分子类，效果较好的是高分子类。

无机类：聚磷酸盐（焦磷酸钠、磷酸三钠、磷酸四钠、六偏磷酸钠等）、硅酸盐（偏硅酸钠、二硅酸钠）。

有机类：阴离子型、阳离子型及非离子型3类。烷基聚醚硫酸酯、烷基芳基磺酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基钠磺酸盐、二烷基磺基琥珀酸盐、烷基苯磺酸盐、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钠等为阴离子型。烷基酚聚乙烯醚、二烷基琥珀酸盐、山梨糖醇烷基化物、聚氧乙烯烷基酚基醚等为非离子型。烷基吡啶𬭩氯化物、三甲基硬脂酰铵氯化物等为阳离子型。

高分子类：聚羧酸盐、聚丙烯酸衍生物、聚甲基丙烯酸衍生物、顺丁烯二酸酐共聚物（二异丁烯-顺酐；苯乙烯-顺酐）、缩合萘磺酸盐、非离子型水溶性高分子（聚乙烯吡咯酮、聚醚衍生物)等。