超分散剂

表面活性剂

超分散剂又名超级分散剂，一种特殊的表面活性剂，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。

产生

传统分散剂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。

特性

超分散剂克服了传统分散剂在非水分散体系中的局限性。与传统分散剂相比，有以下特点：

（1）在颗粒表面形成多点锚固，提高了吸附牢度，不易解吸；

（2）溶剂化链比传统分散剂亲油基团长，可起到有效的空间稳定作用；

（3）形成极弱的胶囊，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油膜，从而不致影响最终产品的应用性能。

结构特点

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。

作用机理

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

②对弱极性表面的有机颗粒，如有机颜料

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。

主要分类

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：

聚酯型超分散剂

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。

聚醚型超分散剂

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。

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。

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。

按实际使用性质，可分为三类：

水性分散剂，油性分散剂，水性油性通用分散剂。

区分

按其结构来区分，可分为6种

阴离子型，阳离子型，非离子型，两性型，电中性型，高分子型（包括高中低分子量）。

阴离子型

表面活性剂大部分是由非极性带负电荷的亲油的碳氢链部分和极性的亲水的基团构成。两种基团分别处在分子的两端，形成不对称的亲水亲油分子结构。它的品种有；油酸钠,羧酸盐、硫酸酯盐（R-O-SO3Na）,磺酸盐（R- SO3Na），等等。阴离子分散剂相溶性好，被广泛应用。

阳离子型

是非极性基带正电荷的化合物。品种有十八碳烯胺醋酸盐。烷基季铵盐、氨基丙胺二油酸酯、季胺盐、特殊改性的多氨基酰胺磷酸盐等。阳离子表面活性剂吸附力强，对炭黑、各种氧化铁、有机颜料类分散效果较好，但要注意其与基料中羧基起化学反应，还要注意不要与阴离子分散剂同时用，使用应慎重。

非离子型

不能电离、不带电荷。在颜料表面吸附比较弱，主要在水系涂料中使用。品种有脂肪酸环氧乙烷的加成物C17H33COO（CH2 CH2O）nH、聚乙二醇型多元醇和聚乙烯亚胺衍生物等。它们的作用是降低表面张力和提高润湿性。如果添加一些有机硅氧烷就可以防止发花、浮色和改善流平的作用。

两性型

是由阴离子和阳离子所组成的化合物。典型应用的是磷酸酯盐型的高分子聚合物。这类聚合物酸值较高，会影响层间附着力。应该注意。

电中性型

是分子中阴离子和阳离子有机集团的大小基本相等，整个分子呈现中性但却具有极性。品种有：油氨基油酸酯

高分子型（包括高中低分子量）

而其中最为高档和最为稳定要属高分子型，例如：a.多已内配多元醇-多乙烯亚胺嵌段共聚物，b.多已内酯再与三乙烯四胺的反应物，c.用基团转移聚合，先加甲基丙烯酸酯，再加甲基丙烯酸失水甘油酯制成的丙烯酸酯高分子。d.多羟基硬脂酸制得的低分子量聚酯，引入锚定基团制得的各种聚氨酯和聚丙烯酸酯。等等，由于它们的锚定基团一头与树脂缠绕吸附，另一头又与颜料粒子包附。因此贮存稳定性是比较好的，当然也要注意不要用太强的溶剂，因为溶剂太强在高剪切力的情况下，会把这些高分子的超分散剂的锚定链溶解，进而引起颜料返粗絮凝。

常见超分散剂

含取代氨端基的聚酯分散剂

用于分散颜料的接枝共聚物分散剂

聚酯类分散剂

低聚皂类分散剂

水溶性高分子分散剂

酞菁颜料的分散剂。

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