1顏料潤濕分散劑的作用

    ①提高生產效率、降低制造成本。顏料的研磨與分散過程是制造涂料的主要工序，大約80％的電能和工時消耗在該工序上。選擇合適的顏料潤濕分散劑，一方面達到同樣細度的時間最短，可以縮短工時；另一方面，可以降低體系的粘度，使制造高顏料的色漿——顏料濃縮漿成為可能。顏料濃縮漿可以提供涂料合理生產的機會，使實現計算機配色成為可能。通用色漿可與差不多全部的涂料體系相混容，涂料廠家可以較少的原料貯備制作各種類型的色漆，減少了貯運、管理各方面的麻煩。

    ②提高涂料的貯存穩定性、減少浪費。顏料(填料)潤濕分散得不好，得到的產品穩定性差，貯存一定時間后，會出現分層現象。輕者返粗，需要返工，增加損耗。顏、填料沉底，嚴重時會發硬、結塊，導致涂料無法使用而報廢。只要使用恰當的潤濕分散劑，都會提高涂料貯存穩定性，防止顏料返粗、沉底等問題。

    ③改善涂膜狀態。使用潤濕分散劑，使顏料分散得更好，可以提高顏料的著色力和遮蓋力，改善涂料的流平性，增加光澤，使用控制絮凝的潤濕分散劑還可以防止復色漆的浮色、發花現象。譬如現在國際上一些大公司生產的鈦白粉，其表面處理已做得非常好，研磨時甚至不加潤濕分散劑也可能很快達到所要求的細度。但在配制灰色漆時，不加助劑的就可能會有發花現象，而加了助劑的就會防止該現象的發生。

    ④其它作用。最佳的顏料分散可以提高紫外線的吸收和反射能力，增加顏料的耐候性和耐化學藥品性。

    控制絮凝的潤濕分散劑可使涂料成為假塑性流體，一般場合下，假塑性的流變行為是配方設計者所追求的，它可以防止施工時的流掛現象。

    2潤濕分散劑的作用原理

    前面已經講過，涂料生產過程的第一步就是研磨——以達到最佳顏料分散。

    顏料有三種存在狀態：①原始顆粒，即單個顏料晶體或一組晶體，粒徑相當??；②凝聚體，以面相接的原始顆粒團，其表面積比其單個粒子組成之和小得多，再分散困難；③附聚體，以點、角相接的原始顆粒團，其總表面積比凝聚體大，但比單個粒子組成之和小，再分散較容易。如圖1所示。

圖1附聚體和原始顆粒

    顏料分散在基料里的過程可劃分為三個階段，即：

    ①潤濕。指顏料顆粒表面吸附的水分和空氣等被基料所置換，進而潤濕顏料顆粒表面。這里存在一個固／氣界面到固／液界面的轉換過程。

②分散(又叫研磨)。指顏料聚集成的較大顆粒被機械打開或分離成原始顆粒或接近原始顆粒，其常用設備前面已介紹過。③穩定。指已潤濕的顏料顆粒移至基料中使顆粒永久分離。

這三個階段并非截然分開的，而是互相重疊進行的。如圖2所示。

圖2潤濕和分散過程(a)潤濕；(b)分散；(c)穩定

    潤濕劑可以促進基料對顏料聚集體的潤濕，分散劑可以改進顏料分散體的穩定性。同一種產品常兼具潤濕和分散雙重作用?；蠞B入顏料中的速度可用Washbarne公式表示：

(1)

式中，v表示潤濕速度；K為常數；ρ表示基料的表面張力；口為接觸角；．R表示顏料顆粒的間隙半徑；L為顏料顆粒的間隙長度；η表示基料的粘度；ρ·cosφ為擴散壓力。

    對于固體的顏料來講，R、L都是定值，η的改變范圍也比較小，要使潤濕效率提高，縮小接觸角是非常有效的，這就是使用潤濕劑的意義。

顏料分散后，因為重力作用、布朗運動等，二次粒子可能會再度聚集成粒子團——這叫做絮凝。DLV0理論從理論上論述了絮凝動力學和分散體的穩定性。其主要觀點為：電磁力使粒子互相吸引，靜電力使粒子產生排斥，空間位阻也產生排斥力。顏料潤濕分散劑可包覆在顏料粒子表面。因離子的斥力或空間阻礙而防止粒子間互相接觸，避免無控制絮凝現象，即返粗的發生。

3潤濕分散劑的選擇和評價

    隨著國外涂料助劑陸續不斷地推向中國市場，國內助劑生產廠家也日漸增多，這是一種好現象。但面對眼花繚亂、異彩紛呈的各種各樣潤濕分散劑，使用者不僅要選好合適的品種，還要找到恰到好處的用量，做到經濟實惠，這就要注意選擇原則和試驗、評價方法。

    (1)選用潤濕分散劑應考慮的因素

    盡管廠家不會詳細地提供助劑的組成和制造工藝，一般廠家的說明書中都會講到性能和應用。因此，通過閱讀說明書、與廠家服務人員交流，基本上可以掌握某種助劑用于何處。對于涂料配方設計者來說，就要注意以下原則：

    ①涂料體系。涂料按介質不同劃分為水性、溶劑型、粉末等幾大體系。一般情況下，所用的潤濕分散劑是不通用的。助劑提供者首先應介紹該助劑是用于水性的或是溶劑型，以與使用者的要求相吻合。如果用錯，不僅起不到潤濕分散效果，還會造成意想不到的弊病。

    ②顏料。不同顏料其電荷性質不同，首先要分清是無機顏料還是有機顏料；有機顏料中還要看是酞菁系列的還是炭黑。國際上一些大的公司產品已細化到某一顏料使用某一助劑達到最佳效果的地步，但大多數還只是通用，這就需要使用者逐漸試驗，縮小范圍來選擇。

    ③基料(即樹脂)。不同的樹脂體系對顏料的潤濕性不同，因此對潤濕分散劑的選擇也有一些限制。

    ④體系相容性。在一個涂料體系中，所使用的助劑一般不僅僅是潤濕分散劑，可能還有流平劑、消泡劑等，這樣相容性就極為重要。有些潤濕分散劑的乳化性能較強，很可能會使消泡劑乳化而散失消泡能力。注意相容性，有利于配方平衡，使產品綜合性能得以兼顧。

    ⑤施工性。對于厚漿型立面施工的涂料，最好選用能產生控制絮凝、具有觸變性的助劑，以達到良好的施工性能。

    ⑥良好的價格性能比。在低價的產品中使用高質高價的助劑，造成成本的大幅度上丹，是很不經濟的。選用何種潤濕分散劑，還要與產品的檔次相一致，以求價格與性能的統一。   

    (2)分散效率的試驗方法

    試驗的目的，在于從眾多的潤濕分散劑中選出最合適的品種并確定最佳用量。

    在初步篩選時，可采用以下兩種方法進行：

    ①觀察顏料粒子的重力沉降。用重力沉降法對分散劑效率進行初步篩選，十分簡單易行。其方法是：將待選的分散劑極稀溶液裝入一系列試管中，再加入一定而少量的待分散顏料，經猛烈搖動后，置于一旁，觀察相對沉降速率、上層清液濁度及最終沉降體積。相對沉降速率越小，上層清液濁度越大，最終沉降體積越小，說明分散效率越好。

    ②測定顏料分散體的粘度。加入分散劑引起粘度大幅度下降是分散很實際的指標。使用該法可選擇最佳的分散劑及其用量。方法是：a．將待試的各種少量分散劑加入相同體積的漆料(含有確定的高固體份的待分散顏料)中，強烈攪拌后測定粘度，認為粘度最低時的分散劑最合適。b．在待試的高粘度顏料和漆料混合物中，邊攪拌邊滴加選好的分散劑，每滴加一次，便測定粘度，確定得到最低粘度時的分散劑用量為最佳用量。    值得注意的是，并非分散劑用量越大，粘度會越低。由于粘度的逆增長或平穩效應在分散劑濃度低時也常常表現出來，分散劑過量不僅會造成浪費，也會帶來其它負作用。有時改變剪切速率測定粘度也有幫助。

    潤濕和分散助劑歸屬于研磨范疇，要使性質得到最佳展現，研磨的配方和組分投入的次序都會影響到研磨的質量。因此，要選出最佳分散劑及其用量，得到最佳的研磨配方和操作工藝，還要進行以下反復試驗。

    ①采用同樣的研磨配方和工藝，選用同樣用量、但品種不同的助劑，測定同樣研磨時間的細度或達到同樣細度時的研磨時間。一般認為，時間越短、細度越低的助劑效果越好。

    ②采用同樣的研磨配方和工藝，選用同樣助劑的不同用量、

測定同樣研磨時間的細度或達到同樣細度的研磨時間。一般認為，時間越短、細度越低的助劑用量效果越好。

    ③采用同樣的助劑和用量，改變研磨配方和投料次序，測定同樣研磨時間的細度或達到同樣細度的研磨時間。一般認為，時間越短潮度越低的配方和投料次序越合理。   

    (3)顏料分散質量的評定方法

    所選用的潤濕分散劑所達到的效果如何，可用以下方法進行評定：   

    ①測定細度。顏料在漆料中的分散程序一般是用“刮板細度計”來測定的。ASTM之Dl2l0-64和GB／T l724—1979規定了涂料工業常用細度計的測定程序。該方法所測定的是顏料分散體中存在的最粗顏料粒子。不同的涂料產品，所應達到的細度指標是不同的。

    ②“指擦”試驗。對混合顏料(復色漆)的浮色發花行為應用“指擦”試驗來評估。   

    ③電子顯微鏡觀察粒徑分布和狀態。利用電子顯微鏡可觀察濕涂料中顏料的粒徑分布和聚集狀態，是否有絮凝、析出等現象，也可觀察干涂膜中顏料的粒徑分布和狀態。   

    ④測定著色力和色相。測定分散色漿的著色力和色相可以確定顏料分散得好壞。一般認為紅色帶黃相、黃色帶綠相、綠色帶藍相、藍色帶紅相時，顏料分散效果較好。．       

    ⑤測定涂料的貯存穩定性。如果分散效果不好，貯存后粒子會形成絮凝，粘度增加。表明分散不完全，體系穩定性差。

⑥涂膜的光澤和透明度。涂膜的光澤和透明度(對透明顏料)是合適的穩定化作用的重要標志，可用來評估助劑的正確用量。顏料分散得好，涂膜表面粗糙度低、光的漫反射低、光澤高、透明度高。測定光澤可用光澤儀來測定，常用的有20^。、45^。、60^。角光澤儀。透明度可用目測或用分光光度計檢測。

4品種和應用簡介

    (1)品種介紹

    顏料潤濕分散劑品種繁多，分類方法也多種多樣。例如，按來源可分為天然的與合成的，按離子類型可分為陰離子、陽離子和非離子型。這里根據分子結構不同進行以下分類，并分別敘述。①聚合電解質類(有機類)。聚合電解質是一個大分子，部分或全部由具有可電離基團的單體構成。其特征是具有一個大離子的骨架和一當量數小而獨立的、電荷相反的平衡離子。

    該類分散劑多用于水性體系，對無機顏料的潤濕分散作用比較好。

    ②無機聚合堿鹽類。常用的有聚磷酸鹽和硅酸鹽，是水性涂料廣泛使用的離子型分散劑，濃度很小即可分散多種無機顏料。國內常用的是六偏磷酸鈉。

    但是，資料表明使用聚磷酸鹽有促進霉變、起霜、后增稠、返粗的缺陷，鈉鹽的起霜現象超過鉀鹽。

    ③高分子聚合物類。a．天然高分子類：最具代表性的是卵磷脂，適用于溶劑型體系，對無機顏料和有機顏料的潤濕分散都十分有效。b．合成高分子類：一般是長鏈聚酯的酸和多氨基鹽、聚丙烯酸衍生物、聚醚衍生物等。如BYK l60系列，是高分子嵌段共聚物，適用于溶劑系統有機顏料的潤濕分散。

    下面將國內市場可得到的主要公司的潤濕分散劑的類型和應用列表說明(表1、表2)。

表1   溶劑型涂料用潤濕分散劑

表2   水性涂料常用潤濕分散劑

    (2)應用實例

①高分子型分散劑DP983在丙烯氨基烘漆中對炭黑的分散效果，見表3?？梢钥闯?，研磨料添加2％的DP一983，分散lh即可達8μm。研磨漿粘度大幅度降低，所以漆膜光澤提高。

表3

②德謙903在灰色色漆中防發花的效果，見圖3?？梢钥闯?，當灰色漆有發花現象時，后添加0．3％的903，可以解決此問題。

圖3色漆添加0．3％的903效果圖

③943顏料分散劑對酞菁藍醇酸清漆體系分散穩定性的影響。按表4配比研磨到細度≤5μm，測定表觀粘度，參見圖4。

分散劑ω/%

圖4分散劑濃度對表觀粘度的影響(剪切速率93s^-1)

從圖4中可以看出，943顏料分散劑的加入可顯著降低體系的粘度，但隨著分散劑濃度的增加，粘度出現逆增長。

④DAl68分散劑對Cabot—BPl300炭黑的分散效果。Cabot—BPl300在豆油中用三輥機研磨，加和不加DAl68分散劑測定研磨不同遍數和貯存兩星期后的細度，結果如表5、表6。

表4    酞菁藍研磨色漿的配比    單位：g

表5 Cabot炭黑在豆油中分散情況(三輥機研磨)

表6   二星期后觀察炭黑聚凝。溶脹返粗情況

可以看出，加入DAl68后，分散效率提高，返粗現象明顯好轉。