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分散剂有什么区别?水性工业漆和色浆的选型思路

水性工业漆和色浆常用阴离子、高分子、聚羧酸盐等分散剂。这些名称的分类依据不同,不能仅凭名称判断产品之间能否替换。

阴离子表示电荷属性,高分子表示分子结构,聚羧酸盐表示化学结构类别。同一种产品可能同时符合这三个描述。选型时还需确认它对颜料的吸附能力,以及在实际配方中的稳定性。

一、先把三个分类角度分开

分类角度常见名称用通俗的话理解
看电荷阴离子、阳离子、非离子、两性在使用条件下,它带什么电?与配方中其他组分是否容易冲突?
看分子结构低分子、高分子;线型、梳型等分子有多大、怎样连接?哪些部分负责吸附,哪些部分伸到液体中?
看稳定方式静电、位阻、静电与位阻共同作用颗粒已经分开以后,靠什么减少重新聚集?

例如,一种带羧酸盐基团和亲水侧链的聚合物分散剂,可以是阴离子型、高分子型,也具有静电与位阻的共同作用。这三个名称可以用来描述同一种产品。

以部分带羧酸盐和亲水侧链的高分子分散剂为例,说明电荷、结构和稳定方式是三个不同分类角度
图1:同一种分散剂可以有多个名称。示意图只解释分类关系,点击可查看大图。

资料中有时还会出现两性离子或电中性的说法。分子同时具有正、负电荷而整体净电荷为零,与不靠离子化带电的非离子型不是一回事。遇到这些名称,应继续看具体结构和使用pH,不能只看一个标签。

二、低分子和高分子,差别不只是分子大小

可以把颜料颗粒想成需要分开的粉团。液体先把粉体润湿,分散机或砂磨机再提供机械作用,把团聚体打散。分散剂的重要任务之一,是在新暴露的颗粒表面吸附,减少它们重新聚集。润湿、解聚和储存稳定需要分别评价。

部分低分子润湿分散剂容易迁移到界面,有利于润湿和初始分散;但能否长期稳定,要看它在该颜料表面吸附得是否牢固,不能仅凭低分子下结论。

高分子分散剂可以设计出多个吸附位点,或由专门的锚定链段负责吸附,再由与水、树脂相容的链段向液相伸展。这些伸出的链段有点像颗粒外的一圈软刷毛,颗粒靠近时会受到阻碍。

高分子不等于一定更好。吸附基团不适合颜料,链再长也未必有效;伸出的链段与介质不相容,也难以形成有效保护。两支同样标注高分子的产品,用在同一种炭黑或有机颜料上,结果仍可能差很多。

三、静电排斥和空间位阻怎样稳定颗粒

静电稳定:颗粒表面带有足够的同号电荷,靠近时相互排斥。在水性体系中,这种作用很常见,但会受到pH、盐含量和离子种类影响。例如引入较多电解质,可能削弱原有的排斥作用。

空间位阻:分散剂一部分吸附在颜料表面,另一部分伸入液体。两颗粒靠近时,表面的链段相互挤压、重叠不利于稳定状态,从而降低继续靠近的倾向。前提是吸附稳定,而且链段能在所用介质中充分伸展。

左图为同号电荷帮助颜料颗粒相互排斥,右图为吸附链段伸入液相产生空间位阻,两种作用可以同时存在
图2:静电与位阻的原理示意。图中的颗粒、链段和间距不代表真实尺寸。

水性配方可以同时利用静电和位阻稳定,高分子分散剂也可能兼有这两种作用。

四、常见名称之间,实际应该怎样比较?

常见名称能告诉我们什么选型时还要确认什么
阴离子型适用条件下带负电荷,常用于水性分散体系。pH适用范围;与阳离子组分及钙、镁等多价离子的相容性。
阳离子型适用条件下带正电荷。与阴离子乳液、分散剂和其他助剂混合,是否产生絮凝或异常增稠。
非离子型不依赖自身离子化形成电荷。对颜料的吸附、链段与介质的相容性;仍需考察盐、温度和pH变化。
两性型含正、负电性相关基团,电荷表现取决于具体结构及条件。实际使用pH下的电荷状态和复配稳定性。
聚羧酸盐型属于化学结构描述,许多产品为阴离子聚合物。是常规聚丙烯酸盐,还是带特定侧链的改性结构?不能仅凭名称判断稳定方式和用途。
高分子型具有聚合物结构,可设计吸附部分和相容链段。锚定结构是否适合目标颜料,能否与研磨介质、调漆树脂相容。

这张表不是互不重叠的产品清单。常规聚丙烯酸盐本身也属于聚合物。市场上把它与某些高分子分散剂分开介绍,通常是在比较具体技术路线,并不意味着聚羧酸盐不是高分子。

常规聚羧酸盐分散剂常被用于无机颜料、填料的水性分散;带有适当侧链的改性产品,还可能提供更明显的位阻作用。对于某些有机颜料或高比表面积炭黑,可把具有合适锚定结构的高分子产品列为候选。具体选择仍需结合颜料表面性质和配方试验结果。

五、做水性工业漆和色浆,按这个顺序小试

1. 先说清楚要分散什么

确认钛白粉、氧化铁、有机颜料、炭黑等颜料的牌号、表面处理和比表面积。换了颜料供应商,即使颜色名称相同,也不宜默认原有分散剂用量仍然合适。

2. 再看研磨体系和调漆体系

有树脂研磨与无树脂色浆,对分散剂的要求不完全一样。色浆在研磨罐里稳定,加到丙烯酸乳液或聚氨酯分散体中却可能出现增稠、浮色。因此,色浆本身和加入实际树脂后的状态都要检查。

3. 同时比较品种和用量

先按供应商建议范围设几个用量梯度,明确是按颜料质量还是配方总量计算,并换算有效成分,避免把不同固含量产品按同样商品添加量直接比较。用量不足可能保护不够;继续加量也不一定更好,还可能带来泡沫、耐水性或其他配方问题。

4. 不只看研磨当天的细度

在相同配方和研磨条件下,记录黏度、细度、展色及泡沫;再检查储存后的黏度变化、返粗、沉降和再分散情况。调漆后观察浮色发花,并按实际用途检查漆膜的光泽、耐水性、附着力等性能。

刮板细度主要提示样品中的较大颗粒或团聚体,不能单独证明粒径分布和长期抗絮凝能力。研磨后的细度合格,只能作为初步判断,还需结合调漆相容性、储存稳定性和漆膜性能评价。

本文根据分散剂基础知识整理,配图为原理示意。技术核对资料:BYK:润湿分散助剂的吸附与稳定作用。具体产品的适用范围及用量,应以其技术资料和实际配方验证为准。

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