分散劑的一般選擇規律

摘要：樹(shù)脂,尤其是研磨用樹(shù)脂,在制備色漿時(shí)起著(zhù)關(guān)鍵的作用。

樹(shù)脂,尤其是研磨用樹(shù)脂,在制備色漿時(shí)起著(zhù)關(guān)鍵的作用。

1)參加對顏料的分散和錨定

2)參加保持已經(jīng)分散隔離的顏料粒子的穩定

樹(shù)脂的上述作用,大家都可以通過(guò)一些實(shí)驗看到,例如長(cháng)油醇酸樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、醛酮樹(shù)脂、低相對分子質(zhì)量羥基丙烯酸樹(shù)脂、都表現出對顏料很好的潤濕能力，而低羥值丙烯酸樹(shù)脂、熱塑性丙烯酸樹(shù)脂、高相對分子質(zhì)量聚酯樹(shù)脂，高相對分子質(zhì)量飽和聚酯樹(shù)脂，乙烯基共聚樹(shù)脂、聚烯烴樹(shù)脂等對顏料均表現出較差的潤濕性。同樣的顏料，在不同的樹(shù)脂體系得到的色相也不同。幾乎所有的炭黑和有機顏料及透明氧化鐵都隨著(zhù)不同樹(shù)脂體系改變著(zhù)自身色相，尤其是散射色相。因此，選擇合適的分散劑，不僅用來(lái)分散和穩定顏料，而且用來(lái)調整顏料最終達成我們需要的正確顏色，例如黑度、透明度、45°下的色光等。因此，分散劑與樹(shù)脂的配合,包括:

－相容性(取樣檢測,去除溶劑后檢查相容性)

－分散劑在該樹(shù)脂體系對確定顏料的降黏行為(旋轉黏度計檢測)

－分散劑在該樹(shù)脂體系對確定顏料的展色行為(刮涂比色)

－貯存穩定性(流板法)

當樹(shù)脂體系發(fā)生變動(dòng)時(shí)，分散劑的上述性能表現都會(huì )發(fā)生相應的變動(dòng)。這種變動(dòng)就需要應用測試來(lái)確定。

一般地，不容易總結一個(gè)簡(jiǎn)單的應用原則。對于樹(shù)脂體系加上顏料因素，分散劑的選擇就變得參數太多。因此必須同時(shí)考慮顏填料的性質(zhì)。

2 針對顏料填料的選擇

● 炭黑和有機顏料

如前文所述,工業(yè)用顏料門(mén)類(lèi)和品種繁多。顏料行業(yè)把它們分為有機顏料和無(wú)機顏料。而涂料行業(yè)常把透明氧化鐵和炭黑當作難分散顏料與有機顏料一同考慮。

根據筆者研究的結果, 我們把難分散顏料進(jìn)行了進(jìn)一步的區分。

區分原則是看其氫鍵的強度。

在實(shí)驗中，我們明確地看見(jiàn)這樣的分散結果:

在固定的樹(shù)脂體系中，如果一個(gè)分散劑能對炭黑有很好的表現，那么它常常同時(shí)能穩定酞菁系顏料，而且，必然表現出對DPP紅等其他有機顏料表現出弱的分散性能。

反過(guò)來(lái),如果一個(gè)分散劑能很好地分散穩定DPP紅、有機紫等顏料,通常用它來(lái)分散炭黑得到不喜歡的棕紅色相，對酞菁系顏料的降黏能力也不足。

此類(lèi)現象幾乎在所有分散樹(shù)脂中，對所有分散劑適用。極少有分散劑能同時(shí)對上述兩大類(lèi)難分散顏料都表現出極其好的性能?？偸沁@這一類(lèi)很好,而另一類(lèi)略差。

我認為這來(lái)源于顏料自身的氫鍵結構的多少及強弱。

炭黑、酞菁藍等顏料，其最主要的顏料之間的相互作用力并非氫鍵占主導，而是其它作用力，例如炭黑層狀分子之間的偶合作用，酞菁結構的偶合作用，鹵素的作用。而它們的表面處理中帶有的極性基團相對于顏料自身的結構有獨立性。

以DPP為代表的有機紅、永固紫類(lèi)顏料，其顏料自身設計中帶有很強的氫鍵,這個(gè)氫鍵作用提高了顏料的性能, 也直接影響了分散劑對顏料的作用。其界面的極性基團參與了顏料自身的氫鍵作用。這一點(diǎn)經(jīng)過(guò)顏料化后期處理之后確鑿無(wú)疑。

據此,可以解釋單用一個(gè)結構的分散劑不容易同時(shí)在兩大類(lèi)不同內在作用的顏料中同時(shí)拿到最佳效果。根據這個(gè)理論,我們也能夠通過(guò)顏料結構判斷它應該隸屬于哪一邊。例如異吲哚啉酮類(lèi)顏料應該屬于炭黑-酞菁系類(lèi)別。而甲苯胺紅應該傾向于后者。

在實(shí)際的分散劑選擇中，對于第一類(lèi)難以分散的顏料，在容易相容的樹(shù)脂體系中有最好的結果。然而如果樹(shù)脂相容性不好,例如熱塑性丙烯酸，則需要改用新型的聚丙烯酸酯型分散劑。對于第二類(lèi)強氫鍵的顏料類(lèi)別、高極性的PU，聚酯，聚丙烯酸酯，都能有很好的效果。只是在相容性不好的體系，高極性的PU和聚酯就受到限制。這時(shí)要改用改性的聚丙烯酸酯分散劑。

● 炭黑的黑度

炭黑的黑度是研討分散劑時(shí)一個(gè)極其重要的課題，也是最經(jīng)常被討論的。

至今的實(shí)踐表明，儀器的檢測不及目測準確；不同的光線(xiàn)下，黑度有變化；不同的角度下，黑度也有變化；不同的分散劑會(huì )選擇不同的炭黑給出不一樣的黑度；黑度高的炭黑色母不一定著(zhù)色力也提高。

這一切都是容易解釋的。因為炭黑的透明片狀結構+炭黑的吸收光的能力。其透明片狀結構在＜1μm的粒徑下的片徑，以及排布取向，必然會(huì )導致光線(xiàn)的透射，反射，折射，散射。而這些衍生的色光會(huì )被碳黑有條件地吸收一部分，另一部分會(huì )繼續它的行程。這是個(gè)復雜而充滿(mǎn)變數的疊加效應。所以，百分之百的黑是沒(méi)有的，就是沒(méi)有最黑，只有相比對后的更黑。

雖然能夠理解，但是控制卻是極其困難的。助劑公司從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)針對某個(gè)炭黑在某個(gè)體系中的黑度提高的課題。任何新的分散劑上市之前，首先要檢測的，就是在目標體系里分散碳黑的表現。到目前為止，對炭黑的黑度與分散劑選擇之間的關(guān)系，我們并無(wú)確切的理論可詢(xún)。只能通過(guò)實(shí)驗與參考樣比對，再修正或更換結構，繼續實(shí)測比對。

● 鈦白

起初,所有人都認為鈦白非常容易分散,以至于用不用分散劑都可以。

然而在與其他難分散顏料復配時(shí),鈦白會(huì )參與浮色;

在制備高級別純白時(shí),鈦白會(huì )出現霧影;

在特殊要求的制品上,鈦白需要極好的遮蓋和白度,而且不允許在高溫下泛黃; 很多普通工業(yè)場(chǎng)合不愿意采用昂貴的高級別鈦白, 甚至采用鈦白代用顏料; 上述問(wèn)題引起了助劑行業(yè)對鈦白分散的重視。

根據其表面結構和處理,已經(jīng)實(shí)驗,分散鈦白可以采用：

－傳統的潤濕分散劑，包括帶有酸值AV，氨值AMV，的有機羧酸，磷酸的胺鹽以及控制絮凝型的潤濕分散劑用于抑制其浮色

－有機磷酸酯

－專(zhuān)用的PU高分子分散劑

－專(zhuān)用的乙烯基聚合物型鈦白分散劑

－在水性中廣泛有效的聚合物表面活性劑(Polymeric Surfactant, 例如A6226型)

以上產(chǎn)品各專(zhuān)業(yè)助劑公司都有開(kāi)發(fā)和推薦。

其中，潤濕分散劑是通用的選擇。對系統有著(zhù)廣泛的適應性，但是不能適應特殊要求。

有機磷酸酯常被推薦制備高級別的純白以去除霧影，而高相對分子質(zhì)量分散劑則考慮了控制浮色，以及控制其白度的能力。在水性系統中的分散劑新技術(shù)幫助工廠(chǎng)自制的基準白能夠接納市售的色母。因此，分散劑用于鈦白現在已經(jīng)是常識。

● 透明氧化鐵

透明氧化鐵的粒徑在納米水平，它的表面具有兩性，它在低顏料濃度時(shí)，似乎很容易分散，色漿黏度很低，但是透明度確不容易拿到最好；而一旦略為超過(guò)臨界的顏料濃度，色漿立即變稠至無(wú)法攪動(dòng)，導致砂磨機喪失效率。

氧化鐵的透明度，有些像炭黑的黑度，似乎總是可以繼續提高其透明度。我們的實(shí)驗結果表明，一個(gè)我們已經(jīng)認為透明度不錯的樣片，在45°觀(guān)察，可能仍然有較重的霧影；

那么，究竟用什么最好？這個(gè)問(wèn)題又是一個(gè)捉摸不定的疑惑。

各助劑公司同樣在給出自己的方案。這一點(diǎn)從公開(kāi)的推薦資料中就可以看見(jiàn)。

加上樹(shù)脂系統的不同導致的選擇性，推薦的方案就不止一種了。

例如有采用磷酸酯的方法；有采用高分子分散劑配合酸性端基潤濕劑的方法，有單獨設計的高分子分散劑等。它們在不同的系統對同一個(gè)透明氧化鐵顏料顯示出適應性。

● 消光粉

消光粉其實(shí)本身不難分散。它是在生產(chǎn)的時(shí)候就預先微粉化了的。有的有表面的蠟處理，有的沒(méi)有，帶有極性的羥基。然而，消光粉的分散問(wèn)題來(lái)源于應用要求。

有的要求亞光的涂料能用一個(gè)配方適應多種施工方法，例如噴刷要光澤一致；

有的要求在高溫高濕的環(huán)境下，消光均勻性不受影響；

有的要求低黏度條件下，消光粉有最小的沉降；

有的要求有最高的透明度；

有的要求有極好的耐摩擦性質(zhì)，而引入硬質(zhì)石英粉，因此需要一同作分散處理等等。

這導致了分散劑的隨之變化。從傳統潤濕分散劑，到專(zhuān)用的高分子PU分散劑，到磷酸酯，到磷酸酯的胺鹽，到其它特殊聚合物，都有被用來(lái)分散消光粉的。那么究竟哪個(gè)最好？如前所述，那要看你怎么要求了。不能指望一個(gè)分散劑同時(shí)解決上面全部的要求。

原理上，潤濕劑能提高最終體系的流動(dòng)能力；高相對分子質(zhì)量分散劑則能防止沉降并控制消光粉在濕膜的運動(dòng)而更容易定向，得到均勻的消光。

● 鋁粉和珠光粉等金屬閃光顏料

常用的解決方案是潤濕劑。

也可以用與樹(shù)脂相容的高分子分散劑來(lái)分散它們。同時(shí)控制它們的運

動(dòng)。這些都有成功配方的實(shí)例。

● 納米級二氧化鈦和其他納米分散體

在這個(gè)場(chǎng)合，高分子PU若能相容，能得到最好的穩定效果。

否則就要求采用丙烯酸系的分散劑了。

● 確定一個(gè)主分散劑

一般地在一個(gè)確定的樹(shù)脂和溶劑系統，AFCONA推薦采用這樣的方法篩選一個(gè)合適的主分散劑：

首先，分散高色素炭黑，鈦白，DPP紅，普通氧化鐵紅四種顏料。

評估該分散劑對這四種常規色母的制備有無(wú)困難，例如降黏行為是否足夠。

評估展色強度

評估貯存穩定性(流板及熱儲存)。

若一個(gè)分散劑能在這個(gè)特定系統里，對上述四種顏料表現出好的分散

能力，那么它基本能勝任各種其它顏料的要求。即可被選擇作為這個(gè)系統的主分散劑。當然，特殊的顏料如透鐵，仍然可能例外。

這個(gè)方法也可以用來(lái)評估兩個(gè)不同的分散劑的綜合表現，找到適合它來(lái)處理的顏料類(lèi)型。