水性涂料用高分子分散剂的研究进展(2)
作者：佚名； 更新时间：2013-10-16
2.3分散体系的pH值
体系的pH值不同时,羧基的解离程度不同,这会影响分散剂与水介质之间的作用力。阴离子型聚合物一般pH 8～9时,可充分溶解;阳离子型聚合物pH4～5时溶解较好。体系的pH值、离子强度会影响粒子双电层的厚度和ζ电势,粒子间的静电斥力也随之变化,从而影响体系的稳定性。
2.4分散剂的用量[6]
分散剂的用量过小时,一个聚合物分子链有可能连结在不同的两个或多个颜料粒子上,只起到“架桥”的作用,导致絮凝。同时,不足量的分散剂使粒子表面仍有未被分散剂覆盖的部分存在。这些未覆盖部分相互作用,为减少表面能量而聚集,从而降低体系的分散稳定性。分散剂用量过大时,溶解在介质中的部分粒子互相缠结,同样会造成絮凝。分散剂用量进一步增大时,有足够多的卷曲形状的分散剂分布在粒子周围,又可起到分散作用。但此时分散剂与粒子间的结合力不够牢固,分散稳定性较差。
2.5分散剂的分子量及分子量分布
聚合物链至少要含有65个以上的碳原子,才能起到有效的立体位阻作用。[7]分散剂链过短,则与传统的表面活性剂相似,不能提供足够的位阻斥力;分子量过大则会发生“架桥”效应。一般来说,伸展在溶剂中的聚合物分散剂链含50～100个碳原子,分子量103～104。而分散剂的分子量分布对聚合物的物理、化学、力学性质及溶液性质的影响都很大。分子量较低且分子量分布较窄的聚合物较之分布宽的聚合物,作为颜料分散剂效果较好。分子量分布较宽的聚合物会在溶液中发生“分级”效应,即某一段分子量范围的分散剂较多吸附于粒子表面,剩余部分则残留在体系中。
3水性涂料用颜料高分子分散剂的种类
水性涂料中,除了水溶性涂料外,颜料和树脂都是分散在水性介质中。吸附在颜料表面的高分子分散剂通过静电斥力、立体位阻作用使粒子分散稳定化。目前涂料工艺中所用的分散剂大多是聚羧酸类分散剂,非离子型分散剂(如聚氧乙烯类衍生物、聚乙烯毗咯烷酮等)研究应用较少。
聚羧酸类聚分散剂由含羧基的乙烯基单体(如丙烯酸、马来酸酐等)均聚或与其他单体共聚,后用碱中和醇酯化得到[8～12]。S.Creutz等人[8]用异丁烯酸胺和二甲氨基异丁烯酸胺为原料,采用不同聚合方法合成了嵌段或无规共聚物分散剂用于水性涂料各种有机或无机颜料的分散,对铁红、酞菁铜蓝及桔红为基色的吡咯颜料非常有效。朱金丽等[12]以马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯为单体采用溶液聚合制备的聚羧酸型高分子分散剂,当其中马来酸酐的摩尔百分数为25.5 %时,分散剂对颜料红22在水介质中分散效果良好,能有效地减少颜料颗粒的絮凝。
苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)是近年来研究较多的聚合物,因其含有可与颜料分子平面形成强π-π键的苯环,以及水解后可形成提供空间位阻的羧酸阴离子,故可用于水性颜料体系。[13、14]田安丽等[13]以丁酮为溶剂,采用溶液均相自由基聚合合成了一系列聚合物SMA,用该聚合物作颜料水性体系的分散剂制备的超细颜料分散液具有良好的分散性能,其黏度、粒径、表面张力均达到喷墨印花用墨水的要求。徐燕莉等人先用苯乙烯和马来酸酐为单体采用悬浮聚合合成了共聚物,再以丁醇为酯化剂将其酯化,后将羧酸转变成钠盐。发现该类分散剂能有效地改善酞菁蓝颜料的润湿性、流动性和在水中的分散稳定性,其结构如图2所示。[14]
4展望
高分子分散剂因其对颜料卓越的分散稳定作用在水性涂料中获得了广泛应用,但仍存在一些缺陷,如:漆膜中聚羧酸钠盐容易吸潮、对有机颜料作用欠佳,所以应开发性能良好的非离子型聚合物分散剂。从分子结构上分析,嵌段或接枝共聚物比目前常用的无规共聚物更适宜。此外,分散剂对颜料选择性强,只适用水性无机或有机颜料,需要研究通用型并且性能优秀的高分子分散剂。
参考文献
1 G. Lin; T.V. Nguyen. Diffusion Layer on Electrode Flooding Level in a PEMFC. Journal of the Electrochemical Society, 2005, 152(10):1942～1948
2 张卫红、龙复.水性涂料用聚合物分散剂新进展.涂料工业,1997(2):37～41
3 T. C. 巴顿著.涂料流动和颜料分散(郭秀奎、王长卓译).北京:化学工业出版社,1988:244～253
4 T.Sato. Federation of Societies for Coatings Technology. Journal of Coating Technology, 1993.65:113～121
5 Robert I. Feigin, Donald H. Napper, Depletion stabilization and depletion flocculation. Journal of Colloid and Interface Science, 1980. 75(2):525～541
6 Jorg Schroder. Surface treatment of pigments. Progress in Organic Coating, 1988. 16(1):3～17
7 E.E. Jaffe, C.D. Campbell, S.B. Hendi, F. Babler. Rheologically efective organic pigments. Journal of Coating Technology, 1994. 66(832):47～54
8 R. Jerome, S. Creutz. Design of Polymeric Dispersants for Waterborne Coatings.Journal of Coatings Technology, 1998. 70(883):41～46
9 俞 宏、朱明生. 颜料用水溶性高分子分散剂的合成与应用. 广西纺织科技,2001.30(2):20～22
10 关有俊、谭 亮、胡志滨、徐 立. 水性高分子超分散剂的合成. 上海涂料,2005.43(4):9～11
11 张友兰、黄沛军、王世荣. 水溶性聚合物型颜料分散剂的研制.化学工业与工程,2006.23(4):342～345
12 朱金丽、房宽峻、蔡玉青. 聚羧酸型分散剂对水性超细颜料分散体系的作用.北京服装学院学报,2005.25(1):1～4
13 田安丽、蔡玉青、房宽峻、张 霞. SMA共聚物的合成及对超细颜料水性体系的分散作用.高分子材料科学与工程,2005.21(6):102～105
14 徐燕莉、朱苑林.苯乙烯-马来酸酐共聚物的部分酯化物在颜料分散中的作用.染料工业,2002.39(1):28～31
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体系的pH值不同时,羧基的解离程度不同,这会影响分散剂与水介质之间的作用力。阴离子型聚合物一般pH 8～9时,可充分溶解;阳离子型聚合物pH4～5时溶解较好。体系的pH值、离子强度会影响粒子双电层的厚度和ζ电势,粒子间的静电斥力也随之变化,从而影响体系的稳定性。
2.4分散剂的用量[6]
分散剂的用量过小时,一个聚合物分子链有可能连结在不同的两个或多个颜料粒子上,只起到“架桥”的作用,导致絮凝。同时,不足量的分散剂使粒子表面仍有未被分散剂覆盖的部分存在。这些未覆盖部分相互作用,为减少表面能量而聚集,从而降低体系的分散稳定性。分散剂用量过大时,溶解在介质中的部分粒子互相缠结,同样会造成絮凝。分散剂用量进一步增大时,有足够多的卷曲形状的分散剂分布在粒子周围,又可起到分散作用。但此时分散剂与粒子间的结合力不够牢固,分散稳定性较差。
2.5分散剂的分子量及分子量分布
聚合物链至少要含有65个以上的碳原子,才能起到有效的立体位阻作用。[7]分散剂链过短,则与传统的表面活性剂相似,不能提供足够的位阻斥力;分子量过大则会发生“架桥”效应。一般来说,伸展在溶剂中的聚合物分散剂链含50～100个碳原子,分子量103～104。而分散剂的分子量分布对聚合物的物理、化学、力学性质及溶液性质的影响都很大。分子量较低且分子量分布较窄的聚合物较之分布宽的聚合物,作为颜料分散剂效果较好。分子量分布较宽的聚合物会在溶液中发生“分级”效应,即某一段分子量范围的分散剂较多吸附于粒子表面,剩余部分则残留在体系中。
3水性涂料用颜料高分子分散剂的种类
水性涂料中,除了水溶性涂料外,颜料和树脂都是分散在水性介质中。吸附在颜料表面的高分子分散剂通过静电斥力、立体位阻作用使粒子分散稳定化。目前涂料工艺中所用的分散剂大多是聚羧酸类分散剂,非离子型分散剂(如聚氧乙烯类衍生物、聚乙烯毗咯烷酮等)研究应用较少。
聚羧酸类聚分散剂由含羧基的乙烯基单体(如丙烯酸、马来酸酐等)均聚或与其他单体共聚,后用碱中和醇酯化得到[8～12]。S.Creutz等人[8]用异丁烯酸胺和二甲氨基异丁烯酸胺为原料,采用不同聚合方法合成了嵌段或无规共聚物分散剂用于水性涂料各种有机或无机颜料的分散,对铁红、酞菁铜蓝及桔红为基色的吡咯颜料非常有效。朱金丽等[12]以马来酸酐、甲基丙烯酸甲酯为单体采用溶液聚合制备的聚羧酸型高分子分散剂,当其中马来酸酐的摩尔百分数为25.5 %时,分散剂对颜料红22在水介质中分散效果良好,能有效地减少颜料颗粒的絮凝。
苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)是近年来研究较多的聚合物,因其含有可与颜料分子平面形成强π-π键的苯环,以及水解后可形成提供空间位阻的羧酸阴离子,故可用于水性颜料体系。[13、14]田安丽等[13]以丁酮为溶剂,采用溶液均相自由基聚合合成了一系列聚合物SMA,用该聚合物作颜料水性体系的分散剂制备的超细颜料分散液具有良好的分散性能,其黏度、粒径、表面张力均达到喷墨印花用墨水的要求。徐燕莉等人先用苯乙烯和马来酸酐为单体采用悬浮聚合合成了共聚物,再以丁醇为酯化剂将其酯化,后将羧酸转变成钠盐。发现该类分散剂能有效地改善酞菁蓝颜料的润湿性、流动性和在水中的分散稳定性,其结构如图2所示。[14]
4展望
高分子分散剂因其对颜料卓越的分散稳定作用在水性涂料中获得了广泛应用,但仍存在一些缺陷,如:漆膜中聚羧酸钠盐容易吸潮、对有机颜料作用欠佳,所以应开发性能良好的非离子型聚合物分散剂。从分子结构上分析,嵌段或接枝共聚物比目前常用的无规共聚物更适宜。此外,分散剂对颜料选择性强,只适用水性无机或有机颜料,需要研究通用型并且性能优秀的高分子分散剂。
参考文献
1 G. Lin; T.V. Nguyen. Diffusion Layer on Electrode Flooding Level in a PEMFC. Journal of the Electrochemical Society, 2005, 152(10):1942～1948
2 张卫红、龙复.水性涂料用聚合物分散剂新进展.涂料工业,1997(2):37～41
3 T. C. 巴顿著.涂料流动和颜料分散(郭秀奎、王长卓译).北京:化学工业出版社,1988:244～253
4 T.Sato. Federation of Societies for Coatings Technology. Journal of Coating Technology, 1993.65:113～121
5 Robert I. Feigin, Donald H. Napper, Depletion stabilization and depletion flocculation. Journal of Colloid and Interface Science, 1980. 75(2):525～541
6 Jorg Schroder. Surface treatment of pigments. Progress in Organic Coating, 1988. 16(1):3～17
7 E.E. Jaffe, C.D. Campbell, S.B. Hendi, F. Babler. Rheologically efective organic pigments. Journal of Coating Technology, 1994. 66(832):47～54
8 R. Jerome, S. Creutz. Design of Polymeric Dispersants for Waterborne Coatings.Journal of Coatings Technology, 1998. 70(883):41～46
9 俞 宏、朱明生. 颜料用水溶性高分子分散剂的合成与应用. 广西纺织科技,2001.30(2):20～22
10 关有俊、谭 亮、胡志滨、徐 立. 水性高分子超分散剂的合成. 上海涂料,2005.43(4):9～11
11 张友兰、黄沛军、王世荣. 水溶性聚合物型颜料分散剂的研制.化学工业与工程,2006.23(4):342～345
12 朱金丽、房宽峻、蔡玉青. 聚羧酸型分散剂对水性超细颜料分散体系的作用.北京服装学院学报,2005.25(1):1～4
13 田安丽、蔡玉青、房宽峻、张 霞. SMA共聚物的合成及对超细颜料水性体系的分散作用.高分子材料科学与工程,2005.21(6):102～105
14 徐燕莉、朱苑林.苯乙烯-马来酸酐共聚物的部分酯化物在颜料分散中的作用.染料工业,2002.39(1):28～31
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