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粉体百科丨超分散剂的研究及应用


来源:中国粉体网   平安

[导读]  超分散剂又称高分子分散剂,是分子量在1000~10000之间的高效聚合物型分散剂。

中国粉体网讯  超分散剂是一类新型高效的聚合物型分散助剂,克服了传统分散剂在分子结构上的局限性。超分散剂又称高分子分散剂,是分子量在1000~10000之间的高效聚合物型分散剂。

1、超分散剂的结构特点

与传统的表面活性剂型分散剂相比,超分散剂的结构特征在于以锚固基团及溶剂化链分别取代了表面活性剂的亲水基团与亲油基团。超分散剂分子结构中含有性能和功能完全不同的两个部分。


图1 超分散剂的结构特征

它与传统的表面处理剂和分散剂相比有如下优势:

①超分散剂用锚固基团代替表面修饰剂上的亲水基团,吸附为不可逆吸附,难发生解吸;

②以聚合物溶剂化链取代表面修饰剂上的亲油基团,链长可调,可起到有效的空间稳定作用;

③可形成极弱的易于活动的胶束,能迅速移向颗粒表面而起到润湿保护作用。

2、超分散剂的作用机理

超分散剂的作用机理主要是通过增大高分子吸附层厚度来增加空间位阻作用,其优点在于位阻机制在水和非水介质中都有效,并且位阻稳定是热力学稳定。所以,与传统分散剂相比,分散效果大幅提高。其作用机理就是通过锚固基紧紧地吸附在固体颗粒表面,然后通过溶剂化链在固体颗粒表面形成足够的空间位阻使得固体颗粒分开,维持稳定的分散状态。



图2 超分散剂的作用机理示意图

3、超分散剂的发展进程

国外从20世纪70年代初开始研究超分散剂,投入了较大的开发力量,至今已有了很大的进展,并在颜料、油墨、涂料、陶瓷等工业中得到日益广泛的应用,开发出了一系列不同牌号、适用于不同场合的产品。目前从事这方面工作的国外主要公司是ICI、KVK、Du Pont、BASF、Sun Chemical。其中ICI的产品较多,影响较大。杜邦公司近年来也投入了大量的人力和物力,对超分散剂及分散技术进行开发。

国内文献首次出现对国外超分散剂的介绍性报导大约是在1991年。1992~2000年,华东理工大学王正东博士等在国家自然科学基金项目、化工部科技开发项目、上海市青年科技启明星计划及启明星跟踪计划、上海市科委国际合作项目等科研经费资助下,就超分散剂的分子结构设计、超分散剂的合成及超分散剂结构与性能之间的变化规律等理论问题进行了系统研究。

国内最早由国家超细粉末工程研究中心、上海华明超细新材料有限公司和华东理工大学技术化学物理研究所共同研制和开发了WL系列超分散剂,现在有众多高校也加入了超分散的研究行业。经过几十年的努力,超分散剂得到了很大的发展,在超细颗粒、颜料、和染料等领域都得到了广泛的应用。

4、超分散剂的应用领域

(1)超细颗粒

超细粉体以其独特的表面效应、小尺寸效应和量子效应等,在国民经济的众多行业中都有广泛的应用,而为了获得综合性能优异的材料,提高粉体的分散性是很有必要的。虽然传统的分散剂(表面活性剂)在水性介质中有很好的分散效果,但其对固体颗粒在非水体系中的分散性能却较差。诸多研究表明超分散剂对于CaCO3、SiO2、TiO2、及陶瓷粉体超细颗粒可以起到良好的分散稳定效果。

(2)油墨

胶印油墨的主要成分是树脂和颜料,还包括少量的胶质油、填料及各种助剂。胶印油墨的印刷适性主要取决于油墨的流变性能,这一流变性能取决于颜料粒子在树脂油中的分散状态。WL-l型超分散剂可以改善碳黑等颜料粒子在胶印油墨的分散状态,提高油墨的流变特性与印刷适性。

(3)颜料、涂料

有机颜料需要增加弱极性颜料分子的极性点,这是因为其表面极性较弱需要配合表面增效剂使用。联苯胺磺酸衍生物-FA系列增效超分散剂与超分散Solspersel7000配合使用可以让黄墨体系中的黄颜料分散性能得到有效改善,对于黄墨的流动性及体系的起始黏度、剪切稀化性等都有有益作用。另外,超分散剂还可以提高涂料中研磨料粒固体含量达到原来的两倍,而且时间间隔达到两年也不会絮凝。

(4)磁记录材料

磁浆所用介质为介电常数较低的非水溶剂,双电层被压缩,静电斥力产生的电荷稳定作用较弱,难以维持分散稳定性,磁粉在磁浆中的分散状态决定了最终产品的磁性能和电声性能。磁粉由于强烈的偶极-偶极作用力,比一般无机颗粒更难分散,当以聚己内酯为溶剂化链、分子质量为700、锚固基团为氨基和羧基混合物、分子结构为“梳状”(锚固基团为齿,溶剂化链为背)时,磁粉得到了很好的分散。

(5)陶瓷

陶瓷粉体的分散状态直接决定了陶瓷材料在成型后产品的性能,通过羧酸、单元酸调节相对分子质量而聚合的融化剂链和有酸碱性基团的化合物为超分散剂,而石蜡在超分散剂和三氧化二铝粉体相互作用下有十分好的分散性。

(6)导电聚合物

目前,导电聚合物科学由于各种原因而导致产品竞争能力不足,从某种角度来看,如果把导电聚合物应用在环境友好体系中,尤其是耐水体系,导电聚合物科学将会有良好的发展空间。在制备耐水体系材料时通过共聚物的万能超分散剂可以控制粒子尺寸大小。

5、超分散剂的研究展望

尽管国外对高分子研究起步较早,研究多,但大多适用于油溶体系。目前,国内外对水性体系的研究较少,而由于对环保要求的逐步提高,颜料色浆用溶剂逐渐由油性体系过渡到水性体系,水性体系用高分子分散剂将成为研究的热点。因此水性体系用高效超分散剂和天然高分散剂将会是研究的热点。

参考资料:

张钰等.超分散剂的研究及应用现状

邱谨楠.超分散剂的研究进展

黄山.超分散剂的发展及前景

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