颜料分散剂分子结构与作用机理

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超分散剂的分子结构由两部分组成:一部分为锚固基团。常见的有- R2、- NR3+、- COOH、-COO-、- SO3H、- SO3-、- PO42 -、多元胺、多元醇及聚醚等。它们通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用,紧紧地吸附在固体颜料表面,防止超分散剂脱附。另一部分为溶剂化键。常见的有聚酯、聚醚、聚烯烃以及聚丙烯酸酯等,它们按极性大小可分为三类: (1) 低极性聚烯烃链; (2) 中等极性的聚酯链或聚丙烯酸酯链等; (3) 强极性的聚醚链。在极性匹配的分散介质中,链与分散介质具有良好的相容性,故在分散介质中采用比较伸展的构象,在固体颗粒表面形成足够厚度的保护层。

超分散剂的上述结构与传统的表面活性剂型分散剂的两亲结构有类似之处,但又不完全相同,故存在作用机理上的差异,从而产生的稳定分散效果也不同。(1) 在分子结构上的第一个改进是用锚固基团取代表面活性剂的亲水基团,并且可根据超分散粉体的表面性质进行选择,以保证超分散剂在固体颗粒表面上的牢固吸附,而这种吸附一般为不可逆吸附,很难解析。

表面活性剂的亲水基团则一般仅为与水产生一定的亲和性而设计,在许多应用场合中的目的是与亲油基团一起满足形成胶囊的需要,对于它在颗粒表面吸附牢度的考虑则往往摆在次要位置上,故亲水基团易解析而导致颗粒絮凝,这在分散非极性或低极性固体颗粒(如炭黑及有机颜料) 时表面最为明显。(2) 在分子结构上的第二个改进是以溶剂化链取代表面活性剂的亲油基团,且为聚合物链。其聚合单体根据分散介质的性质而定,以保证能在介质中充分伸展;链长度可通过改变聚合物分子量方便地进行调节,以保证超分散剂在固体颗粒表面形成足够厚度的保护层,这样当吸附有超分散剂的固体颗粒因范德华力相互作用时,由于吸附层之间的空间障碍而使颗粒相互弹开,从而实现固体颗粒在非水介质中的稳定分散.表面活性剂的亲油基团一般为烃链结构,主要是烷烃链,虽然与非极性及低极性有机溶剂具有较好的相容性,可充分伸展,但是因其太短(一般不超过18 个碳原子) ,所形成的吸附层厚度也是非常有限的。而对于中等极性或强极性有机介质而言,其相容性就更不理想了。烃链的伸展程度较差,这些对于主要依靠吸附层的立体屏障效应而实现稳定分散的非水分散体系来说,是非常不利的。(3) 比表面活性剂除具有上述结构上的优势外,超分散剂既使与传统的聚合物型分散剂相比,其分子结构也存在明显优势。传统的聚合物型分散剂一般为无规聚合物,其吸附基团无规地分布在聚合物长链上,它在固体颗粒表面的吸附形态有卧形、环形和尾形三种,其中卧形吸附对空间位阻的贡献几乎为零,只有环形和尾形吸附才能形成有效的空间厚度,且尾形吸附对溶剂化链的链段利用率比环形吸附高1 倍以上。显然,由于环形和卧形吸附的存在,特别是卧形吸附的存在,大大降低了溶剂化链段的有效利用率,况且由于锚固基团的无规分布,同一分散剂上被溶剂化链隔开而相距较远的吸附基团又可以吸附在不同的固体颗粒表面,从而导致了颗粒之间的架桥絮凝。（威海晨源超支化）