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超分散剂及其应用前景

时间:2010-10-03来源:未知 作者:chem 点击:
超分散剂及其应用前景 柴月娥,龚福忠,张国利 (广西大学化学化工学院,广西南宁 530004) 摘要:由于超细固体颗粒具有极大的比表面积和比表面能,粒子自聚的倾向较大,直接影响产品质量。超分散剂是近年来开发成功的新一代分散剂,对超细颗粒在介质中稳定分散极为有

超分散剂及其应用前景

 

柴月娥,龚福忠,张国利

                                      (广西大学化学化工学院,广西南宁 530004)

摘要:由于超细固体颗粒具有极大的比表面积和比表面能,粒子自聚的倾向较大,直接影响产品质量。超分 散剂是近年来开发成功的新一代分散剂,对超细颗粒在介质中稳定分散极为有效。本文对超分散剂的分子结构特 征、分子结构设计等进行了综述,并展望了超分散剂的发展方向及前景。

关键词:超分散剂;分子结构特征;分子设计

中图分类号:TQ 314·255 文献标识码:A 文章编号:1671-9905(2006)12-0005-05

       超细固体颗粒具有极大的比表面积和较高的比 表面能,是热力学不稳定体系,当分散在介质中时容 易发生团聚,影响其特性的发挥,因此固体粒子在介 质中的分散,无论从理论上还是从实际应用上都具 有重要的研究价值。James S·Hampton[1]曾说过, 分散是使一相和与之互不相溶的另一相紧密联系在 一起的一门艺术和科学。液体在液体中分散可以得 到乳液,固体颗粒分散在液体中可以得到稳定的悬 浮体系。液体或固体粒子在介质中的分散是通过加 入第3种物质(分散剂或表面活性剂)达到的。

       传统的分散剂在分散介质中对固体颗粒有一定 的分散稳定作用,但由于它们在颜料粒子表面的吸 附不十分牢固,容易从粒子表面上解吸而导致被分 散的粒子又重新聚集或沉淀[2]。为克服传统分散 剂的局限性,近年来分散性能优异的高分子分散剂 (Polymeric dispersant),又称为超分散剂(hyperdis- persant)[3~4]已开发成功并得到了很好应用。这种 分散剂主要用于油墨与涂料制造工业中颜料粒子的 分散,分子量一般在1000~10000之间。与传统分 散剂相比,超分散剂主要有以下特点:①在颗粒表面 可形成多点锚固,提高吸附牢度,不易解吸;②溶剂 化链(亲油链)比传统分散剂长,可起到有效的空间 稳定作用;③可形成极弱的胶束,易于活动,能迅速 移向颗粒表面,起到润湿保护作用;④不会在颗粒表 面导入亲水膜,不致影响最终产品的应用性能;⑤在 水/有机相、气/液、水/固等界面无活性,不会因定向 排列引起乳化、浮渣。

 

1 超分散剂的结构特征及在颗粒表面 的吸附情况

1·1 超分散剂的分子结构特征

       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。超分散剂的分 子结构由2部分组成:一部分为锚固基团(Anchor Group ),如NR2、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,紧紧地吸附在固体颗粒表 面,不易脱附;锚固基团在超分散剂中所占的比例很 少(一般在5%~10%)。另一部分为溶剂化链 (Polymeric Solvation Chain),它是超分散剂分子结 构的主要部分(占90%~95%)。从其单元结构可 以比较准确地判断其适用介质的范围,在极性匹配 的分散介质中,溶剂化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。当2个吸附有超 分散剂分子的固体颗粒相互靠拢时,由于伸展链的 空间障碍而使固体颗粒弹开,从而不会引起絮凝,维 持稳定的分散状态,如图1所示[5]。

 

1·2 超分散剂在颗粒表面的吸附情况

       分散剂在分散相上的吸附是其显示润湿分散性 能的前提。在非水体系中,锚固端一般在颗粒的表 面形成吸附(如图2所示),它与颗粒的相互作用与锚固基团的种类和粒子的表面性质有关(如图3A- D)。

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固体颗粒与分散剂之间的结合力主要有以下几 种[6]。

(1)离子对(Ion-pair)。对具有强极性表面的 无机物颗粒,粒子表面荷电点和超分散剂官能团间 带有相反电荷,此时超分散剂只需单个锚固基团,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’,如图3A所示。非水介质 通常具有较小的介电常数,一旦形成这种作用便很 难分离。另外,如果粒子表面具有酸性或碱性而锚 固基团是碱性或酸性,那么离子对也可现场形成。

(2)氢键。大多数有机颜料没有荷电点,其表 面极性不如无机颜料强,反应活性也不如无机颜料 高,因此一般不能形成离子对的锚固形式。但由于 其表面可能具有氢键给体或受体,如酯基、羰基以及 醚键等,因此具备形成氢键的能力,超分散剂可以 通过氢键的形成,锚固于颜料表面。由于氢键的键 能较低,单一的氢键难以保证足够的吸附强度,因 此在设计超分散剂的分子结构时,宜采用AB嵌 段、BAB嵌段或梳状的分子构型,使每个超分散剂 分子含有多个锚固基团(见图3B)。

(3)分散颜料的表面处理。有些有机颜料及部 分碳黑具有完全非极性或极性很低的表面,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[7](见图3C),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待分散颜料非 常相似,因此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活性位。通过这种 “协同效应”,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。图3C为分散剂在表面处理 后的铜酞蓝颜料上形成吸附。(责任编辑:admin)

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