分散剂
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《涂布加工纸技术手册》第97页（4872字）
分散剂是涂料组分中很微妙的部分。涂料制备的第一步是将颜料颗粒悬浮于水中，但颗粒由于范德华引力而集聚，所以必须使之分散。
1．功能
(1)在适当用量下提供涂料最小粘度，尤其在高固含量时，对涂料流平和流动性起一定作用。
(2)可以减少或阻止颗粒絮聚，使细的颜料颗粒悬浮在液体介质中，并在以后的生产过程中保持这一分散状态，提供涂料稳定性。
2．分散机理
1)双电层分布理论
分散剂在溶液中电离成正负离子，吸附在颜料粒子表面，并从溶液中移去一个离子而留下带有等量相反电荷的离子，有集于颗粒表面的倾向，这便形成了双电层。
吸附的电荷数比粒子表面带的电荷少，该层为固定层，仅有零点几个纳米厚度；其余的电荷向分散介质的立体方向扩散，且电荷数量渐次降低，这是双电层的扩散层，有几个纳米厚度(见图2-78)。
图2-78 分散剂的双电层分布理论
若颜料粒子相互接近时，一个颗粒的扩散层渗入到另一颗粒的扩散层中，因为这两层所带电荷相同，故相互排斥。两者越近，斥力越大。
好的分散剂的作用则可使此扩散层很厚，且颗粒接近时的静电荷具有高能量而不会互相接触。但若颗粒很接近时，即使有双层电荷存在仍会相互吸引，这是分子间的范德华力牵引的结果，分散剂能使颗粒间这种吸引力减小。
2)聚合物分散剂分散机理
以高分子聚合物作分散剂时，聚合物的分子被颜料粒子吸附，其疏水端进攻颜料粒子表面，亲水端投入水相中，水相中的链在粒子周围产生足够的机械强度，而使粒子间的碰撞不允许其达到能絮聚的近度，此为保护胶体现象，属保护胶体式分散剂。
3．影响分散的因素
(1)转速及时间：随着转速的提高和时间的推移，粒子变细，分散效果越佳(粗颗粒减少)，以瓷土分散为例，见图2-79。
图2-79 转速与分散时间对分散效果的影响
(1ft=0．304m)
(2)混合强度：随着混合强度的提高，分散效果逐渐增强，见图2-80。
图2-80 混合强度对分散效果的影响
(1ft=0．304m)
(3)分散液浓度：分散液浓度越高，分散效果越好，颗粒越细，见图2-81。
图2-81 分散液浓度对分散效果的影响
(1ft=0．304m)
(4)聚合物分散剂分子量：分子量低，单个粒子表面可停留多个小分子，这样吸附于粒子表面的聚合物多，分散效果好，粘度低，见图2-82。若分子量成倍增长，一个聚合物分子的周围停留多个粒子，形成颗粒桥而难达分散效果。聚合物分散剂的分子量大小应与颜料粒子大小相匹配，见图2-83。
图2-82 聚合物分子量与所吸附粒子量的关系
图2-83 聚合物分子量对分散效果的影响
(5)pH值及分散剂用量：在低pH值阶段，增加pH值或分散剂用量都可使絮聚作用减小，即分散效果增强，但pH值过高、用量过大会起反作用(见图2-84)。多的分散剂用量在低pH值时有更好效果，少的分散剂用量在高pH值时效果好，但可能影响分散液粘度的稳定性(见图2-85)。
图2-84 pH值对分散效果的影响
图2-85 分散剂用量对分散效果的影响
(6)电解质：电解质会削弱平衡离子层，使其移向颗粒表面，颗粒就相互接近，也可压缩双电层，减少表面潜在电荷，引起絮聚。分散剂的不合理使用，可溶性盐、酸或高浓度碱都可减弱分散剂的稳定性(见图2-86)。图2-87表明，洗去电解质后分散效果提高，分散剂用量减少。
图2-86 电解质对分散效果的影响图
图2-87 电解质洗去后分散效果提高
(7)金属价：一般吸附离子为阴离子，相应的组成扩散层的阳离子云。单价的阳离子或溶液中阳离子浓度低，则云层厚而庞大；二价阳离子云或溶液中阳离子浓度高，则离子云层薄，粒子互相接近而凝聚，如钙、锌、镁等二价金属离子可引起分散剂负效应及聚合物交联剂的不溶。
4．分散剂用量与涂料性能关系
1)分散剂用量与粘度关系
如图2-83所示，随着分散剂用量的增加，颜料分散液粘度先下降，下降至一最低点，接着便上升。这一过程可由表2-58来说明。
表2-58 分散剂用量与粘度变化过程
不同颜料、不同分散剂有不同的粘度曲线，达到最低点时的分散剂用量是其最佳用量。针对不同颜料需做分散剂用量粘度关系曲线，求得最佳用量。
2)分散剂用量与高剪切性
颜料分散剂的不同用量对高剪切性能也有一定影响，图2-88是高岭土在不同分散剂用量时的Hercules高剪切性能，为了分散液的储存稳定性和流变性等其它涂料特性，选择分散剂的同时也必须测试此项性能，以确定最佳用量。
图2-88 分散剂用量与高剪切性能
3)最适分散剂用量的确定
结合以上对不同颜料、不同分散剂的最低粘度和最佳高剪切性能测试，综合考虑所用胶粘剂、储存稳定性(图2-89)等，确定最适分散剂用量。它有最低粘度要求量和操作要求量，见图2-90a和图2-90b所示。分散剂的一般用量为0．2%～1．5%。
图2-89 储存过程中的分散性变化
5．分散剂种类
主要分散剂如表2-59所示。
图2-90a 分散剂的最低粘度要求量
图2-90b 分散剂的操作要求量
表2-59 主要分散剂种类
以上分散剂分别属无机和有机化合物，这两种分散剂对高岭土的分散效果不同，它们的优缺点比较如表2-60所示。
表2-60 无机分散剂与有机分散剂之对比
分散剂性能及供应示例见附录。
【参考文献】：
(1) Robert J．Kane．Paper Coating Additives．TAPPI，1995．
(2) Jan C．Water．The Coating Process．TAPPI PRESS，1993．
(3) Clay Coating Chemicals for Coated Paper．Nippon Zeon Co，Ctd．
(4) Producto for the Paper Industry and Sperial Fields．BASF．Co．
(5) 涂料调制用药品的选择和配方、设计方法及实际涂料调制方法．(日)日成共孟株式会社，东工物产株式会社．
(6) Coating Conference，1982 TAPPI PRESS．
(7) 纸パ技协志，1986～1994．
(8) 纸パプ．技术夕ィムス，1984～1990．
(9) 纸和纸板的水性涂布操作指南．英国纸张与纸板业联合会，涂布工作组技术部译．1979．6．
(10) (日)纸业时代社．张运展等译．纸加工技术(上下册)，中国轻工业出版社，1991．
(11) 制浆造纸手册(第十一分册)．北京：轻工业出版社，1988．
(12) 钱逢麟，竺玉书主编．涂料助剂——品种和性能分册．北京：化学工业出版社，1997．
(13) 张美云．纸加工原理与技术．北京：中国轻工业出版社，1998．
(14) 朱楚斌．重氮晒图纸生产基本知识讲义．1998．
(15) 薛德文．重氮晒图纸生产用的助剂．1998．
(16) 新编精细化工产品手册．化工出版社．
(17) 韩长日，宋小平．精细化工产品实用技术手册．北京：科技文献出版社，1996．
(18) 上海造纸，上海市造纸学会编辑出版．1982～1998．
(19) 广东造纸，1998．6．涂布加工纸专辑及1998．
(20) 造纸化学品，1997～1999．
(21) Pulp and Paper Manufacture．Third Edition，1990，Volume 8，Coating，Converting，and Speciality Processes，Part One：Pinment Coating，J．R．Gunning，R．W．Hagemeyer．
(22) 纸张涂布工程，新文化彩色印书馆(台湾)，1980．郑腾雄．