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一、術(shù)語(yǔ)和定義

顏料是一種原始顆粒的聚集體，其研磨分散就是將這種聚集體解聚成原始顆粒狀態(tài)分散到漆料中。分散效果不佳將導(dǎo)致解聚不完全或重新絮凝，造成浮色發(fā)花、沉底、光澤下降等弊病。

潤(rùn)濕劑能使固體物料更易被水浸濕的物質(zhì)，能通過降低其表面張力或界面張力，使水能展開在固體物料表面上，或透入其表面而把固體物料潤(rùn)濕。高分子型分散劑能在固體顆粒的表面形成吸附層，提高形成立體阻礙的顆粒間的反作用力，使固體粒子表面形成雙分子層結(jié)構(gòu)；外層分散劑的極性端與水有較強(qiáng)親合力，增加了固體粒子被水潤(rùn)濕的程度；固體顆粒之間因靜電斥力而遠(yuǎn)離，達(dá)到了穩(wěn)定顏料體系的作用。

二、作用機(jī)理

(1) 以機(jī)械方式在介質(zhì)中分散顏料的最基本目的，是把在顏料制造過程中的經(jīng)過干燥而導(dǎo)致的親油凝聚顆粒分散開來。當(dāng)顆粒細(xì)度變小，其暴露的表面積增加，從而提升了顏料的光學(xué)性能，如著色性能、光澤、亮度、遮蓋力或透明度。

(2) 在一般的分散劑研磨體系中，例如油墨、涂料，樹脂是配方中的組分之一，但樹脂與分散劑在顏料會(huì)互相競(jìng)爭(zhēng)。分散劑在顏料表面吸附能力，也會(huì)受到樹脂的影響，樹脂與分散劑會(huì)互相競(jìng)爭(zhēng)吸附于顏料表面的機(jī)會(huì)。但分散劑與樹脂之間的區(qū)別在于分散劑吸附顏料表面的牢度，分散劑不僅對(duì)顏料有極強(qiáng)的吸附力，并且對(duì)溶劑有很好的親和力。樹脂在顏料表面，實(shí)際只起到潤(rùn)濕作用，它并不長(zhǎng)久沾在顏料表面，時(shí)間久了樹脂將慢慢離開顏料表面而導(dǎo)致絮凝；雖然如此，但樹脂的存在還是阻礙了分散劑在顏料表面的錨固。因此在選擇樹脂時(shí)，應(yīng)考慮樹脂帶來的成膜功能，而并不需要選擇另外很好的潤(rùn)濕或研磨樹脂。除此之外，還要考慮研磨基料中的樹脂含量足夠與否維持配方的穩(wěn)定性。

(3) 分散劑在研磨基料中的使用，與傳統(tǒng)的研磨基料相比，其配方的調(diào)整最為關(guān)鍵的是樹脂溶液的濃度。傳統(tǒng)研磨介質(zhì)中樹脂濃度較高，顏料可裝填量較少。雖然降低樹脂濃度可使分散介質(zhì)本身的黏度降低，顏料填充量可以提高，但這樣的分散體系并不穩(wěn)定，不能用于實(shí)際生產(chǎn)。如果使用好的分散劑，分散體系在較低的樹脂濃度下即可穩(wěn)定，從而使研磨基料中的顏料填充量大大提高，分散劑的溶劑化鏈在介質(zhì)中所產(chǎn)生的空間屏障，降低了粒子之間的吸力，大大降低了研磨黏度，這也是顏料填充量得以提高的原因之一。在分散劑作用下，顏料填充量的提高幅度隨分散體系的不同而有別，但在調(diào)整過程中，應(yīng)保持研磨基料具有適中的黏度。

三、使用方法及用量

潤(rùn)濕分散劑的用量要根據(jù)所分散的顏料而定，其最佳用量以分散劑在顏料表面形成致密的單分子吸附層為標(biāo)準(zhǔn)。用量太少，分散劑不能展現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)，過多的用量也會(huì)影響研磨的穩(wěn)定性。這主要是因?yàn)?，過于擁擠的潤(rùn)濕分散劑在顏料表面難以把分散劑的溶劑化鏈充分伸展開來，且大量游離的分散劑會(huì)對(duì)涂膜產(chǎn)生負(fù)面影響。

在實(shí)際操作過程中，可先按理論規(guī)則計(jì)算分散劑的大致用量，然后以此為中點(diǎn)上下浮動(dòng)，觀察分散體系的黏度、涂膜光澤、著色力等性能指標(biāo)隨分散劑用量的變化關(guān)系，當(dāng)分散劑用量適中時(shí)，分散體系的黏度具有明顯的極小值，同時(shí)涂膜的光澤和著色力有極大值。

四、潤(rùn)濕分散劑對(duì)涂料性能的影響    

1. 著色強(qiáng)度

涂料著色強(qiáng)度表示色彩色相在應(yīng)用表面的強(qiáng)烈程度。提高著色強(qiáng)度涂料就會(huì)看起來更加明亮，對(duì)顧客更有吸引力。通過平衡相互對(duì)立的各種因素，可以創(chuàng)造最優(yōu)研磨條件。降低顏料的平均粒徑可以提高著色強(qiáng)度。提高研磨色漿中顏料含量會(huì)增加粒子的相互碰撞，提高顏料的破碎率，但是也增加了黏度，降低了研磨的動(dòng)能，使磨料小球或珠子對(duì)顏料的破碎能力下降。

使用聚合物分散劑可以改變這種變化。使用分散劑可以研磨更高顏料濃度，使粒子破碎更加迅速，同時(shí)防止研磨過程中的黏度升高。最終，分散劑使更細(xì)小的粒子碰撞穩(wěn)定性增加，不絮凝，從而充分發(fā)揮其內(nèi)在的著色強(qiáng)度。

2. 相容性

相容性之所以重要，是因?yàn)榱己玫南嗳菪钥梢允雇苛现圃焐躺a(chǎn)用于多種不同類別樹脂產(chǎn)品的分散體系。聚合物分散劑可以提高顏料濃度，不僅能增加產(chǎn)量，而且可以減少?gòu)难心ド珴{到最終產(chǎn)品中潛在的介質(zhì)不相容性問題。特別是在使用高相容性樹脂的條件下，聚合物分散劑擴(kuò)大了基礎(chǔ)涂料的使用范圍。這對(duì)混合著色涂料生產(chǎn)非常重要。

3. 流動(dòng)/流平性

流平性是涂料在特定表面擴(kuò)散的能力。涂料表面缺陷通常是由表面張力造成，且發(fā)生較快。裝飾涂料的刷痕通常也是由流平性不足造成的。理想的流平行為可以用牛頓力學(xué)來解釋，但是顏料引入體系后就會(huì)發(fā)生變化。這是因?yàn)轭w粒受化學(xué)鍵和物理相互作用影響，非常容易產(chǎn)生觸變性和假塑性。顏料顆粒在聚合物分散劑作用下將更加穩(wěn)定，流平性增加，牛頓流體特性得以提升，故潤(rùn)濕分散劑對(duì)提高涂料流平性有好處。

4. 揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）

揮發(fā)性有機(jī)物（VOC），是指體系中揮發(fā)到空氣中的有機(jī)溶劑。VOC越低，對(duì)空氣的潛在污染越小，這就要求提高涂料的固含量。涂料的黏度是由溶劑、樹脂和顏料決定的。普通的低固含量涂料，顏料對(duì)黏度的影響沒有樹脂溶劑的影響大。然而高固含量涂料溶劑較少，黏度較大，這樣一來，顏料的影響就非常明顯了。聚合物分散劑通過降低顆粒之間的相互吸引力，顯著降低顏料對(duì)黏度的影響。所以對(duì)高固含量涂料，加入分散劑將大大降低黏度，或者說在黏度相同的條件下，將使用更少的溶劑，從而有效降低VOC。

五、潤(rùn)濕分散劑的種類

潤(rùn)濕分散劑有很多種，初步估算，現(xiàn)存世界上有1000多種物質(zhì)具有分散作用。按其結(jié)構(gòu)區(qū)分，可分為以下7種類型：

1. 陰離子型潤(rùn)濕分散劑

大部分是由非極性、帶負(fù)電、親油的碳?xì)滏湶糠趾蜆O性、親水的基團(tuán)構(gòu)成。兩種基團(tuán)分別處在分子的兩端，形成不對(duì)稱的親水親油分子結(jié)構(gòu)。其品種有：油酸鈉（C??H??COONa）、羧酸鹽、硫酸酯鹽（R−O−SO?Na）、磺酸鹽（R−SO?Na）等。陰離子分散劑相容性好，被廣泛應(yīng)用于水性涂料及油墨中。多元羧酸聚合物等也可應(yīng)用于溶劑型涂料，并作為受控絮凝型分散劑廣泛使用。

2. 陽(yáng)離子型潤(rùn)濕分散劑

陽(yáng)離子型潤(rùn)濕分散劑是非極性基帶正電荷的化合物，主要有胺鹽、季胺鹽、吡啶鎓鹽等。陽(yáng)離子表面活性劑吸附力強(qiáng)，對(duì)炭黑、各種氧化鐵、有機(jī)顏料類分散效果較好，但要注意會(huì)與基料中羧基起化學(xué)反應(yīng)，還要注意不要與陰離子分散劑同時(shí)使用。

3. 非離子型潤(rùn)濕分散劑

在水中不電離、不帶電荷，在顏料表面吸附比較弱，主要在水性涂料中使用。主要分為乙二醇性和多元醇型，能夠降低表面張力和提高潤(rùn)濕性?？膳c陰離子型分散劑配合使用，作為潤(rùn)濕劑或乳化劑，廣泛應(yīng)用于水性色漿、水性涂料及油墨中。

4. 兩性型潤(rùn)濕分散劑

是由陰離子和陽(yáng)離子所組成的化合物。典型應(yīng)用的是磷酸酯鹽型的高分子聚合物。這類聚合物酸值較高，可能會(huì)影響層間附著力。

5. 電中性型潤(rùn)濕分散劑

分子中陰離子和陽(yáng)離子有機(jī)基團(tuán)的大小基本相等，整個(gè)分子呈現(xiàn)中性，但卻具有極性。

6. 高分子型超分散劑

高分子非離子型分散劑最為常用，穩(wěn)定性也最佳。高分子型分散劑也分為多己內(nèi)多酯多元醇-多乙烯亞胺嵌段共聚物型分散劑、丙烯酸酯高分子型分散劑、聚氨酯、高分子聚醚或聚酯型高分子分散劑等，由于它們的錨定基團(tuán)一頭與顏料粒子包附，另一頭又與樹脂纏繞吸附，因此貯存穩(wěn)定性是比較好的。

另外，高分子分散劑不僅僅是簡(jiǎn)單以上幾類結(jié)構(gòu)，它們亦可相互接枝、相互配合，性能發(fā)揮到極致?？蓮V泛應(yīng)用于水性、醇水等高極性體系的工業(yè)涂料、納米通用色漿、油墨、顏料噴墨、無樹脂色漿體系，展色性好，防沉性能優(yōu)異，防止浮色，性能穩(wěn)定。

7. 受控自由基型超分散劑

采用最新的受控自由基聚合技術(shù)（CFPP），可以使分散劑的結(jié)構(gòu)更為規(guī)整。常用的方法有：基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合（GTP）、原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）、可逆加成斷裂鏈轉(zhuǎn)移可控自由基聚合（RAFT，包括C-RAFT及S-RAFT等）、氮氧自由基聚合（NMP）、穩(wěn)定自由基聚合（SFRP）、四甲基哌啶氧化物（TEMPO）等。通過采用受控自由基聚合技術(shù)，可以使分散劑的相對(duì)分子質(zhì)量分布更為集中，錨定基團(tuán)也更為集中，效率更高。