水性涂料用高分子分散剂的研究进展

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1、水性涂料用高分子分散剂的研究进展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　　Abstract:Thepaperbrieflysummarizedthecharacterofpolymericdispersants,adsorptionofdispersantsontopigmentsurface,mainkindsofdispersantsandtheeffecton

2、dispersestability.Thedevelopmenttrendofpolymericdispersantswasalsopointedout.　　Keywords:waterbornecoating;polymericdispersant;adsorption;dispersion;stability　　　　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。　　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

3、,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。其概念是在20世纪80年代初期首次提出的,80年代中期推出相关产品并进入推广应用阶段。高分子分散剂对颜料的分散有显著效果,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。　　目前,全世界只有ICI、DuPont、

4、SunChemical、KVK等少数几家国际知名的大公司生产这种产品(主要是ICI公司的Solsperse系列产品)[1],生产技术严密封锁,产品以垄断价格出售。我国对聚合物分散剂的研究起步较晚,在90年代才有聚合物分散剂的综述性报道。[2]近年来,我国也开发了一些聚合物分散剂品种,如NBZ-3、DA-50、WL系列等,但效果不理想,产品也未系列化。关于分子量的分布和分散剂链基团的选择基础理论研究较少,产品的性能与国外同类产品相比还有很大差距。　　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

5、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,如-COOH、-COO-、-NR2、-NR3+、-SO32-、-PO43-、-OH等;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

6、的相互作用与锚固基团的种类和粒子的表面性质有关。固体颗粒与分散剂之间的结合力主要有以下几种:　　1.2.1离子对　　对于强极性表面的无机物颗粒,当粒子表面电荷和超分散剂官能团带有的电荷相反时,高分子分散剂的锚固基团可与颗粒表面的强极性基团以离子对的形式结合起来,高分子分散剂吸附在颗粒表面,见图1A。另外,如果粒子表面的酸碱性与锚固基团相反,离子对也可形成。　　1.2.2氢键　　大多数有机颜料没有荷电点,其表面极性不如无机颜料强,反应活性也不如无机颜料高,因此一般不能形成离子对的锚固形式。但由于其分子结构中可能含有氢键给体或受体,如酯基、羰基以及醚键等,因此具备形成氢

7、键的能力,高分子分散剂可以通过氢键锚固于颜料表面。由于氢键的键能较低,单一的氢键难以保证足够的吸附强度,因此每个高分子分散剂分子中需要含有多个锚固基团(见图1B),宜采嵌段或梳状的分子结构。　　1.2.3分散颜料的表面处理　　有些有机颜料及部分碳黑的表面完全非极性或极性很低,不具备可供超分散剂锚固的活性基团,故不论使用何种超分散剂,分散效果均不明显。此时需使用表面增效剂(见图1C)。这是一种带有极性基团的颜料衍生物,其分子结构及物理化学性质与待分散颜料非常相似,因此它能通过分子间范德华力紧紧地吸附于有机颜料表面,同时通过其分子结构的极性基团为高分子分散剂锚固基团