超分散剂的特点和分类

超分散剂的特点和分类

传统的分散剂（表面活性剂）的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。但其分子结构存在某些局限性：亲水基团在极性较低或非极性的颗粒表面结合不牢靠，易解吸而导致分散后离子的重新絮凝；亲油基团不具备足够的碳链长度（一般不超过18个碳原子），不能在非水性分散体系中产生足够多的空间位阻效应起到稳定作用。为了克服传统分散剂在非水分散体系中的局限性，开发了一类新型的超分散剂，对非水体系有独特的分散效果，它的主要特点是：快速充分地润湿颗粒，缩短达到合格颗粒细度的研磨时间；可大幅度提高研磨基料中的固体颗粒含量，节省加工设备与加工能耗；分散均匀，稳定性好，从而使分散体系的最终使用性能显著提高。

超分散剂的分子结构分为两部分：其中一部分为锚固基团，常见的有一R2N、一R3N+、一COOH、一COO-、一SO3H、一SO2-、一PO42-.多元胺、多元醇及聚醚等， 它们可通过离子键、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，防止超分散剂脱附；另一部分为溶剂化链，常见的有聚酯、聚醚、聚烯烃及聚丙烯酸酯等，按极性大小可分为三种：低极性聚烯烃链；中等极性的聚酯链或聚丙烯酸酯链等；强极性的聚醚链。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，在分散介质中采取比较伸展的构象，在固体颗粒表面形成足够厚度的保护层。

超分散剂作用机理包括锚固机理和溶剂化机理两部分。

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。

按照溶剂化链的单元结构，超分散剂可以大致分为以下四种类型： ①聚酯型超分散剂聚酯型超分散剂的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。

②聚醚型超分散剂聚醚型超分散剂的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。

③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。

④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。