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1、水性涂料用高分子分散剂的研究进展【摘要】本文总结了水性涂料用高分子分散剂的结构特点、在颜料粒子表面的吸附行为及研究方法、常用种类、以及影响高分子分散剂分散稳定性能的因素,并展望了其发展方向。【关键词】水性涂料；高分子分散剂；吸附；分散；稳定性中图分类号：C35文献标识码：A1引言在涂料等化工产业中,颜料的分散是涂料制造技术的重要环节。为了使涂料中的有机、无机颜料得到均一稳定分散,经常使用分散剂。分散剂在涂料的贮存、涂装操作、涂膜的形成、涂料的性能等方面有着重要作用。6尽管传统的分散剂在水性分散介质中显示出有效的分散稳定作用,但由于它们在颜料粒子表面的吸附不十分牢固,容易从粒子表面
2、上解吸从而导致被分散的粒子重新聚集或沉淀,体系的长期稳定性欠佳,对漆膜外观、硬度及耐老化等性质也有不利影响。为克服传统分散剂的局限性,近年来开发并应用了高分子分散剂。高分子分散剂是指分子质量在数千以上的具有表面活性的高分子化合物,本质上属于表面活性剂。高分子分散剂对颜料的分散有显着效果,尤其对润湿性、稳定性等方面有相当大的作用,对颜料的应用性能也有较大改善,已成为新一代的高效分散剂。1水性涂料用高分子分散剂的结构特征及在颗粒表面的吸附1.1水性涂料用高分子分散剂的分子结构特征高分子分散剂通过静电斥力和立体位阻障碍作用来维持颜料粒子在介质中的性能,为了使分散体系均匀稳定并满足性能要
3、求,吸附在颗粒表面的高分子分散剂的分子结构需要具备以下两个特征:①与固体颗粒表面能形成牢固的结合的锚固段;②在分散介质中有一定长度的溶剂化链段,如聚乙二醇。与传统的表面活性剂型分散剂相比,其结构中的锚固基团及溶剂化链取代了表面活性剂的亲水基团与亲油基团。1.2超分散剂在颗粒表面的吸附机理分散剂在分散相上的吸附是其显示润湿分散性能的前提。在水体系中,锚固端一般在颗粒的表面形成吸附,它与颗粒的相互作用与锚固基团的种类和粒子的表面性质有关。1.3研究高分子分散剂吸附行为的方法为了全面表征高分子分散剂在颜料表面的吸附,需要确定3个参数:①吸附量Γ(mg•m2或mol̶
4、6;m2);②与颜料表面直接结合的链段分数p;③吸附层厚度δh。2影响高分子分散剂性能的因素6目前已提出了3种分散稳定机理解释聚合物分散剂的稳定化作用:双电层理论(DLVO理论)、空间稳定机理、竭尽稳定机理,影响高分子分散剂性能的主要有以下5个因素:2.1分散剂的结构高分子分散剂由亲油基和亲水基组成,其中常见的亲油基有芳基、烷芳基、烃链等非极性基团;常见的亲水基有羧基、磺酸基、羟基、氨基及长的聚醚链等。不同亲油-亲水基的组合可得到种类繁多的分散剂,而不同种类的分散剂因其化学结构不同,与颜料粒子间的结合方式、结合力大小均有所差别。目前,很多分散剂中都含有芳环结构,利用芳环与颜料分子
5、平面形成强的π-π键,使二者牢固地结合在一起。颜料-分散剂-水三者之间的作用力是粒子能否稳定分散的决定因素,只有分散剂与水有足够的亲和力,方可具备良好的溶解性,聚合物链才能在水中充分伸展,形成有效的立体屏障。在此前提下,亲油端与颜料离子的结合力越大,越有利于分散稳定。但是,若分散剂的亲水性太大,则其亲油性相对减弱,甚至使分散剂从粒子表面脱落,达不到分散的目的。故合成聚合物分散剂时,亲水性单体的含量不可过高。通常是在分散剂具备一定的水溶性的情况下,疏水性越强,分散效果越好。2.2分散剂用中和剂6羧酸基或磺酸基聚合物在水中并不溶解,要在其中加入中和剂,聚合物才具有水溶性。早期使用Na
6、OH、KOH作中和剂,钠离子和钾离子具有吸湿性,滞留在体系中会影响涂层的耐水性。后改用氨水,但中和后的聚合物盐会逐渐释放出氨,使分散剂的水溶性降低,分散效果变差。挥发性较低的醇胺作中和剂既可保证分散稳定,又不影响涂层性能。2.3分散体系的pH值体系的pH值不同时,羧基的解离程度不同,这会影响分散剂与水介质之间的作用力。阴离子型聚合物一般pH8～9时,可充分溶解;阳离子型聚合物pH4～5时溶解较好。体系的pH值、离子强度会影响粒子双电层的厚度和ζ电势,粒子间的静电斥力也随之变化,从而影响体系的稳定性。2.4分散剂的用量分散剂的用量过小时,一个聚合物分子链有可能连结在不同的两个或多个
7、颜料粒子上,只起到“架桥”的作用,导致絮凝。同时,不足量的分散剂使粒子表面仍有未被分散剂覆盖的部分存在。这些未覆盖部分相互作用,为减少表面能量而聚集,从而降低体系的分散稳定性。分散剂用量过大时,溶解在介质中的部分粒子互相缠结,同样会造成絮凝。分散剂用量进一步增大时,有足够多的卷曲形状的分散剂分布在粒子周围,又可起到分散作用。但此时分散剂与粒子间的结合力不够牢固,分散稳定性较差。2.5分散剂的分子量及分子量分布6聚合物链至少要含有65个以上的碳原子,才能起到有效的立体位阻作用。分散
