第一节 超分散剂的概念
超分散剂又名超级分散剂,一种特殊的表面活性剂,分子结构含有两个在溶解性和极性上相对的基团,其中一个是较短的极性基,称为亲水基,其分子结构特点使其很容易定向排列在物质表面或两相界面上,降低界面张力,对水性分散体系有很好的分散效果。(可研报告)
第二节 超分散剂作用机理
锚固机理
①对具有强极性表面的无机颗粒,如钛白、氧化铁或铅铬酸盐等,超分散剂只需要单个锚固基团,此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,形成 "单点锚固"。
②对弱极性表面的有机颗粒,如有机颜料和部分无机颜料,一般是用多个锚固基团的超分散剂,这些锚固基团可以通过偶极力在颗粒表面形成"多点锚固"。
③对完全非极性或极性很低的有机颜料及部分炭黑,因不具备可供超分散剂锚固的活性基团,故不管使用何种超分散剂,分散效果均不明显。此时需使用表面增效剂,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分散颜料非常相似,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超分散剂锚固基团的吸附提供化学位,通过这种"协同作用",超分散剂就能对有机颜料产生非常有效的润湿和稳定作用。
溶剂化机理
超分散剂的另一部分为溶剂化聚合链,聚合链的长短是影响超分散剂分散性能的一个重要因素。聚合链长度过短时,立体上效应不明显,不能产生足够的空间位阻; 如果过长,将对介质亲和力过高,不仅会导致超分散剂从粒子表面解吸,而且还会引起在粒子表面过长的链发生反折叠现象,从而压缩了立体障碍的位阻或者造成与相邻分子的缠结,最终发生粒子的再聚集或絮凝。
第三节 超分散剂主要分类
聚酯型超分散剂
溶剂化链一般通过羟基酸缩聚或内酯化合物开环反应制得,其端基类型及分子量可通过外加单元羧酸或单元醇来控制。工业上较易得到且适合上述聚合反应的羟基酸及内酯化合物非常少见,较为实用的只有12-羟基硬脂酸及ε-已内酯两种。在羟基酸及内酯化合物的聚合过程中,用脂肪酸或树脂作封端剂,可以得到端羧基聚酯。该聚酯在某些情况下可直接用作超分散剂(如用于金属氧化物粉末在芳烃溶剂中的分散),也可以通过一定的化学反应与锚固基团相连。例如,端羧基聚酯可以和多元胺及醇胺类物质反应生成以一C一NH一或一C一0—为桥基、以胺为锚固基团的超分散剂。该超分散剂还可以与矿物酸、有机羧酸及颜料磺化衍生物反应,将锚固基团转变为胺盐。也可以和硫酸二甲酯、硫酸二乙酯等烷基化试剂反应将锚固基团转变为季铵盐。合适的多元胺或醇胺类物质的例子有多乙烯多胺、N,N-二甲基氨基丙胺、十八氨基丙胺、二乙基乙醇胺等。
端羟基聚酯可以通过端羧基聚酯与环氧化物的反应制得,也可以以单元醇为调聚剂,经羟基酸缩聚或内酯化合物开环反应制得。端羟基聚酯与锚固基团之间的连接一般以多异氰酸酯为中介物质。如果多异氰酸酯的官能团数为m,则它在与等量的端羟基聚酯反应后,会在溶剂化链末端形成(m一1〉个一NCO基团。一NCO本身可以用作锚固基团,也可以与氮气、双氰酸胺及2-硫基-1,4-二酸等物质反应,将锚固基团分别转变成脲基、氰基和羧基。
聚醚型超分散剂
溶剂化链主要是环氧乙烷、环氧丙烷、四氢呋喃等物质的均聚物与共聚物,其中主要包括环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物。这类超分散剂的合成可以用锚固基团为起始剂,在加热、加压及催化剂存在的条件下,通过环醚物质的开环反应制得。例如,用二乙基乙醇胺作起始剂时,得到的下列结构的超分散剂对无机颜料在醇、醚等强极性介质中的分散具有非常好的效果。
聚丙烯酸酯型超分散剂
丙烯酸酯单体的选择范围非常广泛,其溶剂化链的极性与溶解度参数可以通过改变共聚单体的投料比方便地进行调节,因此适用范围较广。为了得到单官能团化的溶剂化链,一般选用巯基酸、巯基醇等物质作为链转移剂。溶剂化链的相对分子质量可以通过改变引发剂与链转移剂的用量来进行控制。得到的端羧基或端羟基聚丙烯酸酯,其后续反应过程与聚酯型溶剂化链完全相同。
聚烯烃类超分散剂
端基聚异丁烯是其最为重要的代表。该类超分散剂在烃类介质中具有优异的分散效果,有时可使分散体系中固体颗粒的体积分数达到65%以上,而分散体仍然保持适中的操作黏度。
第四节 超分散剂前景展望
国外从上世纪70年代初开始对超分散剂进行
研究,国内从90年代开始有超分散剂的相关报道。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。同时,目前国内对于超分散剂的作用机理、超分散剂的分子量及分子量分布等基础理论方面的探讨比较薄弱,需要进一步深入。以确定不同分子量超分散剂的应用领域。
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