5.1 疏水改性陰離子分散劑
使用了堿性無(wú)機(jī)顏料和填料的配方通常采用陰離子的分散劑來(lái)制備漿料。其主要是采用膠體化學(xué)的原理，在水相中這些聚電解質(zhì)電離，使無(wú)機(jī)粒子表面飽和吸附陰離子分散劑，形成靜電排斥，再輔以一定量的纖維素，得以使?jié){料穩(wěn)定。
水性涂料中常用的陰離子的分散劑主要分為聚羧酸鹽均聚物，或丙烯酸，馬來(lái)酸和苯乙烯的多元共聚物。 就降粘性能來(lái)看， 聚羧酸鹽均聚物的分散效果更好，但是懸浮穩(wěn)定性及抗水性較差。多元共聚分散劑靜電排斥的降粘效果較差，但是空間位阻的防沉作用及與 HEUR 流變劑的疏水締合作用較好。
疏水改性的多元共聚分散劑的典型特性
--- 提高顏填料懸浮性（特別是經(jīng)適度疏水表面處理的粉料）；
--- 改善了儲(chǔ)存穩(wěn)定性，降低了涂料的分水傾向；
--- 明顯降低水合型增稠劑(保水劑)的用量；
--- 增加涂膜光澤；
--- 提高了涂膜的抗水和耐濕擦性；
--- 與疏水改性締合型增稠流變劑合用改善了涂膜的流平性；
--- 有良好的展色性。
此類(lèi)分散劑有很多供應(yīng)商，如巴斯夫，陶氏，諾普科，江蘇晗泰等。使用高速分散機(jī)和分散劑對(duì)無(wú)機(jī)物進(jìn)行分散并制備懸浮穩(wěn)定的漿料 ，丙烯酸均聚物和三元共聚物均有此功能。 但是丙烯酸均聚物更適合高 PVC 涂料并與 HEC 或ASE搭配，乳液用量不多。
使用經(jīng)適度表面處理粉料的，較低 PVC 的涂料可以使用三元共聚物并與疏水改性的 PU 締合型流變?cè)龀韯┐钆洹?br />
5.2 非離子潤(rùn)濕分散劑
在涂料配方中潤(rùn)濕劑可調(diào)整不同含水量及 PVC 的涂料兩親平衡。借助極性助溶劑控制干速及凍融穩(wěn)定性。
低 PVC 涂料需要較多的成膜助劑，需要適當(dāng)?shù)臐?rùn)濕劑來(lái)平衡其開(kāi)始溶脹乳液膠粒的時(shí)間。選擇適當(dāng)?shù)娜橐浩贩N及用量來(lái)制備低 PVC 涂料。在高 PVC 涂料中關(guān)注潤(rùn)濕劑的作用更重要。 需要調(diào)色的基礎(chǔ)漆配方，要關(guān)注潤(rùn)濕劑和增稠劑的品種及用量。顏料在基礎(chǔ)漆中的分散除了受自身所吸附的分散劑的影響之外，還受到配方中其它粒子的表面狀態(tài)的影響，在成膜過(guò)程中，還會(huì)受到失水后油水兩相再平衡的影響。下圖介紹了造成有機(jī)或無(wú)機(jī)顏料聚集的主要因素。合理地使用潤(rùn)濕劑可以有效地控制顏料的附聚。
非離子潤(rùn)濕劑主要為脂肪醇聚氧乙烯醚， 由于環(huán)保的原因其已經(jīng)替代了傳統(tǒng)的烷基酚聚氧乙烯醚在水性涂料配方中的作用。脂肪醇表面活性劑中，無(wú)論合成或天然醇多以直鏈產(chǎn)品為主。但是作為潤(rùn)濕劑，支鏈產(chǎn)品具有許多特殊的性能。國(guó)外許多公司都開(kāi)發(fā)了很多此類(lèi)產(chǎn)品， 但是如何滿(mǎn)足工業(yè)化的應(yīng)用才是實(shí)際需要探討的問(wèn)題。下圖是江蘇江蘇晗泰公布的其新品潤(rùn)濕劑的結(jié)構(gòu)。
通常脂肪醇聚氧乙烯醚的凝點(diǎn)都在攝氏 10 度以上，這給使用帶來(lái)很多不便，此外氣泡較多也是實(shí)際問(wèn)題。江蘇晗泰公司公開(kāi)的低凝點(diǎn)潤(rùn)濕劑 HT198 為含支鏈烷基多元醇梳狀結(jié)構(gòu)乙氧基醚，不含 APEO，不含溶劑，具有良好的水溶性，在低溫下有很好的流動(dòng)性，能有效改善顏料的分散性，改善水性涂料的展色性，能幫助改善涂膜光澤，起泡性低。
潤(rùn)濕分散劑在水相中對(duì)不同表面活性物質(zhì)的物理吸附量有很大的差異， 受外界條件的干擾因素也很多， 如果采用錨定基嵌段共聚物將避免表面活性物質(zhì)在脫水過(guò)程中可能出現(xiàn)的解吸附，從而改善涂膜的抗性。非離子潤(rùn)濕劑在水相中可以吸附在有機(jī)或親油的顏料表面，但是在親水的堿性顏料表面的吸附率是零。所以在親水的無(wú)機(jī)顏填料的分散工藝中，潤(rùn)濕劑僅起到降低水表面張力的潤(rùn)濕作用。對(duì)于有機(jī)或親油的顏料可以作為分散劑，但是分子量過(guò)低的，或者沒(méi)有錨定作用的潤(rùn)濕劑很容易擴(kuò)散到水中。下圖為有機(jī)顏料對(duì)不同潤(rùn)濕分散劑的吸附量。
物理化學(xué)剖析-----分散劑在水相中在有機(jī)顏料表面的吸附量：
單體-油�；�-烯化氧-嵌段共聚物 (低 HLB 值)：2 mg/m 2
單體-油�；�-烯化氧-嵌段共聚物 (中 HLB 值)：1.5 mg/m 2
單體-油酰基-烯化氧-嵌段共聚物 (高 HLB 值)：1 mg/m 2
離子化-單體-油�；�-烯化氧-嵌段共聚物： 0.8 mg/m 2
二油�；�-烯化氧-嵌段共聚物 ： 0.5 mg/m 2
三油�；�-烯化氧-嵌段共聚物 ： 0.8 mg/m 2
齊聚-有機(jī)磷酸鹽： 0 mg/m 2
聚丙烯酸： 0 mg/m 2
多官能團(tuán)： 0.8mg/m 2
在有機(jī)顏料表面，較低的 HLB 值的分散劑有較高的吸附量，但此類(lèi)表面活
性劑的水分散性卻很差。齊聚物官能團(tuán)添加劑較單團(tuán)添加劑的吸附量低。離子結(jié)構(gòu)較非離子結(jié)構(gòu)的分散劑吸附量低。
5.3 在顏料表面有錨定功能的嵌段共聚分散劑
前面介紹了制備水性涂料所需的原料， 旨在求得工業(yè)化制備涂料的能力及滿(mǎn)足涂料的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和施工性要求。 液態(tài)涂料轉(zhuǎn)為固態(tài)涂膜時(shí)會(huì)釋放出水份及助溶劑。隨著水份的減少配方中疏水物質(zhì)的比例加大，出現(xiàn)破乳轉(zhuǎn)相的現(xiàn)象。此時(shí)配方中的粒子開(kāi)始重排，由于粘度升高及脫水過(guò)程形成的貝納爾德漩渦的作用，會(huì)使相似的粒子有相互聚集的趨勢(shì)。 原先物理吸附在粒子表面的物質(zhì)也有可能解吸附。這使得原先均相的水性涂料中的粒子開(kāi)始呈現(xiàn)不均勻的聚結(jié)。這將影響到膜的抗性及裝飾性。 如何有效地控制水性涂料在脫水成膜過(guò)程中顏填料粒子在反相的樹(shù)脂粒子中均勻分布呢？如何使原本有兩親特性的助劑在脫水后可均勻分布在樹(shù)脂中呢？一是降低表面活性物質(zhì)的總量， 二是使用雙親分散劑錨定在顏填料粒子表面，在脫水過(guò)程中不會(huì)脫離粒子表面并可繼續(xù)相容在樹(shù)脂中。
水性涂料，特別是建筑涂料需要加入大量的無(wú)機(jī)物，無(wú)機(jī)物密度較高，親水較強(qiáng)，需要一定量的潤(rùn)濕和分散劑來(lái)制備漿料。即使采用了較為疏水的乳液，最終也很難滿(mǎn)足涂料的抗水性。水性涂料不抗水似乎已經(jīng)不足為奇！如何使水性涂料大幅提高抗水性, 同時(shí)不影響展色性，懸浮性，施工性，低泡？如何降低依賴(lài)表面活性劑來(lái)控制兩親平衡的水性涂料的制備方式？
對(duì)無(wú)機(jī)顏填料及功能粉料進(jìn)行定向表面處理可以大幅降低制備分散漿料時(shí)的用水量，提高體積固含并降低涂料的粘度。因此大幅降低配方中親水表面活性物質(zhì)的總量，提高涂膜的致密性及抗水性。
前面介紹的分散劑其工作原理主要是物理吸附在無(wú)機(jī)顏填料表面， 穩(wěn)定性較差。對(duì)于有機(jī)顏料通用陰離子分散劑基本不起作用。有機(jī)顏料在水中分散穩(wěn)定與否, 直接影響著產(chǎn)品的應(yīng)用性能。由于小分子表面活性劑中親油基團(tuán)對(duì)極性較低的顏料顆粒表面結(jié)合力不強(qiáng), 容易從顏料粒子表面解吸附，導(dǎo)致顏料粒子重新絮凝；同時(shí)親水基團(tuán)不能產(chǎn)生足夠的穩(wěn)定效應(yīng), 因此顏料分散體系不能穩(wěn)定存在。近年來(lái)開(kāi)發(fā)了高分子分散劑，上世紀(jì) 80 年代，杜邦公司采用基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合合成了甲基丙烯酸酯類(lèi)親水-親油嵌段聚合物對(duì)有機(jī)顏料在水中分散效果好。巴斯夫公司采用可控自由基聚合技術(shù)合成了 EFKA 4585， BYK 基于控制聚合技術(shù)推出了第三代潤(rùn)濕分散劑 DISPERBYK 2010、2015。
與通用陰離子分散劑不同， 水性高分子分散劑的分子鏈中需含有錨固基團(tuán)部分和起穩(wěn)定作用的部分，并且錨固基團(tuán)部分、起穩(wěn)定作用的部分需要合理組織起來(lái)。
目前生產(chǎn)具有錨定基團(tuán)分散劑的供應(yīng)商多數(shù)未向行業(yè)介紹其產(chǎn)品的化學(xué)結(jié)構(gòu)。江蘇晗泰公開(kāi)了其分散劑的結(jié)構(gòu)，以其為例在此與大家討論相關(guān)的平衡點(diǎn)。
晗泰公司運(yùn)用可逆活化-去活化自由基聚合工藝合成了嵌段型高分子分散劑 HT A10（結(jié)構(gòu)如下圖所示），在水性體系中能對(duì)被分散的有機(jī)或無(wú)機(jī)顏料粒子提供空間位阻和靜電雙重穩(wěn)定。曾測(cè)試了分散劑 HT A10 對(duì)有機(jī)顏料如酞菁藍(lán)(PB 15:3)、 顏料紅254、 苯并咪唑酮黃(PY 154)的分散效果， 測(cè)試結(jié)果顯示HT A10是一支高性能水性分散劑。
• 錨固作用是向有機(jī)顏料提供足夠強(qiáng)的結(jié)合力， 使分散劑分子不容易從顏料
表面脫落，是分散劑發(fā)揮作用的前提。錨固基團(tuán)部分和顏填料作用力通常
有以下幾種：
• 通過(guò)靜電斥力、空間穩(wěn)定作用穩(wěn)定被機(jī)械力分散后的顏料粒子。起穩(wěn)定作用的部分除了要起到穩(wěn)定作用，還要求和成膜物質(zhì)相容性好。如果相容性不好，色漆可能出現(xiàn)浮色、發(fā)花、絮凝，干燥后漆膜表面發(fā)生缺陷。
• 陰離子通過(guò)靜電斥力穩(wěn)定顏料粒子效果好， 但和疏水性的成膜物質(zhì)相容性不好，可見(jiàn)離子穩(wěn)定基團(tuán)難以兼顧優(yōu)異的穩(wěn)定性和好的相容性，在有機(jī)顏料水性分散劑中不宜多用。長(zhǎng)鏈聚醚作穩(wěn)定基團(tuán)，能最大程度兼顧和成膜樹(shù)脂的相容性，但穩(wěn)定效果不如離子基團(tuán)。
• 和無(wú)規(guī)共聚物相比，嵌段或接枝結(jié)構(gòu)形式的聚合物，能最大程度發(fā)揮分散劑中錨固基團(tuán)和穩(wěn)定基團(tuán)的作用。
下圖為晗泰高分子水性分散劑 A10，其以嵌段聚合物為主鏈
鈦白粉被認(rèn)為是目前世界上性能最好的一種白色顏料，廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、造紙、印刷油墨、化纖、橡膠、化妝品等工業(yè)。目前普遍采用高級(jí)脂肪酸、多羥基醇、三乙醇胺、偶聯(lián)劑對(duì)其作表面有機(jī)處理，但這些改性劑既與鈦白粉結(jié)合力弱又和樹(shù)脂相容性差，對(duì)改善鈦白粉在介質(zhì)中的再分散性效果有限。
有效的改性劑要求既與鈦白粉結(jié)合力強(qiáng)又和樹(shù)脂相容性好， 所以改性劑分子中需要含有與鈦白粉結(jié)合力強(qiáng)的錨固部分又有和樹(shù)脂相容性好的部分。
可供涂料使用的還有很多無(wú)機(jī)物都具有特定的功能， 但是在水中的分散性都不好。因此對(duì)無(wú)機(jī)顏料進(jìn)行表面處理的技術(shù)，有助于漿料的減水分散并提高體積固含。
高分子處理劑中的錨固基團(tuán)的作用是提供和鈦白粉或其它無(wú)機(jī)顏料有足夠強(qiáng)的結(jié)合力， 處理劑分子不容易從鈦白粒子表面脫落， 是處理劑發(fā)揮作用的前提。磷酸、磷酸鹽、羧酸、羧酸鹽能和二氧化鈦形成共價(jià)鍵、配位鍵，和鈦白粉結(jié)合力強(qiáng)，適合用作有機(jī)表面處理劑的錨固基團(tuán)。
高分子處理劑中和樹(shù)脂相容的部分有與樹(shù)脂一樣的聚合結(jié)構(gòu)， 能保證最好的相容性，就要求按照所使用鈦白的每一個(gè)樹(shù)脂選擇和該樹(shù)脂相同的相容部分，這樣就需要合成很多個(gè)處理劑，難以實(shí)現(xiàn)，故只能選用幾個(gè)和多數(shù)常用樹(shù)脂相容性好的相容部分制備通用分散劑。
晗泰無(wú)機(jī)粉料表面處理劑的牌號(hào)是 HT A20 是丙烯酸類(lèi)嵌段聚合物，下面為其公開(kāi)的結(jié)構(gòu)
在有機(jī)溶劑體系和水性體系中，雙親型嵌段聚合物 HT A20 處理劑對(duì)鈦白粉進(jìn)行有機(jī)表面處理后，能改善鈦白粉和樹(shù)脂的相容性。HT A20 是丙烯酸酯聚合物耐熱、耐候、耐黃變，穩(wěn)定性好，改性后的無(wú)機(jī)粉可在廣大領(lǐng)域應(yīng)用，特別是干粉涂料。
晗泰活性錨定基嵌段高聚物為可用于有機(jī)和無(wú)機(jī)顏料的分散劑。 在有機(jī)溶劑體系和水性體系中，雙親型嵌段聚合物 HT A20 處理劑對(duì)鈦白粉進(jìn)行有機(jī)表面處理后，能改善鈦白粉和樹(shù)脂的相容性。HT A20 是丙烯酸酯聚合物，耐熱、耐候、耐黃變，穩(wěn)定性好，改性后的無(wú)機(jī)粉可在廣大領(lǐng)域應(yīng)用，特別是干粉涂料。
