顆粒在介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性是一個(gè)至關(guān)重要且備受關(guān)注的話題，它不僅會(huì)影響材料最終的產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)影響材料在不同場(chǎng)景中的表現(xiàn)。分散劑作為一種可以使液體材料中顆粒穩(wěn)定分散的表面活性劑，不僅可以促使液體材料中的顆粒有效分散，還可以保持體系的相對(duì)穩(wěn)定性。超分散劑作為一種專門設(shè)計(jì)和優(yōu)化的化學(xué)助劑，相較傳統(tǒng)的分散劑擁有更好的吸附牢度、更有效的空間穩(wěn)定作用以及更為廣泛的適用性，在分散劑領(lǐng)域擁有相當(dāng)廣闊的發(fā)展?jié)摿Α＝酉聛?lái)，小編將帶大家認(rèn)識(shí)超分散劑及其相關(guān)應(yīng)用。

圖源：精顏化工

關(guān)于超分散劑

超分散劑是一種分子量介于1000-10000之間的聚合物，它主要由錨定基團(tuán)和聚合溶劑化鏈段構(gòu)成，錨定基團(tuán)代替了表面活性劑的親水基團(tuán)，聚合溶劑化鏈段則代替了憎水基團(tuán)。在分散體系中，錨定基團(tuán)通過(guò)多重附著或離子對(duì)鍵合的方式，牢固地附著在固體顆粒表面，不易發(fā)生解吸而導(dǎo)致出現(xiàn)絮凝聚沉，對(duì)于保持分散體系的穩(wěn)定性非常有幫助。聚合溶劑化鏈段按照其溶劑化鏈極性的不同，可以分為低極性的聚烯烴鏈、強(qiáng)極性的聚醚鏈和中等極性的聚丙烯酸酯鏈等。基于相似相容的原理，溶劑化鏈段的極性大小與溶劑的極性相近時(shí)，高分子長(zhǎng)鏈與分散介質(zhì)之間的相容性表現(xiàn)得非常出色。由于溶劑化鏈段相較傳統(tǒng)分散劑的親油基團(tuán)長(zhǎng)，故可以在顆粒表面形成足夠的空間位阻，增加其抗團(tuán)聚能力，從而維持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。除此之外，超分散劑能夠?yàn)樘囟ǖ捏w系合成最匹配其分子結(jié)構(gòu)的超分散劑，以實(shí)現(xiàn)特定的功能，避免被分散體系中的離子濃度、pH值、溫度等因素影響，維持良好的性能。

超分散劑的接觸角（圖源：文獻(xiàn)1）

工作原理

超分散劑主要是基于錨固作用機(jī)理和分散穩(wěn)定機(jī)制來(lái)進(jìn)行運(yùn)作的。

1、錨固作用機(jī)理

錨固作用是指超分散劑的錨固基團(tuán)會(huì)通過(guò)離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵以及范德華力與顆粒的表面基團(tuán)相互作用，緊緊的吸附在顆粒的表面。對(duì)于不同極性的顆粒，超分散劑會(huì)采用不同的錨固方法。對(duì)于具有較高表面極性的無(wú)機(jī)材料，它們表面的羥基會(huì)與錨固基團(tuán)鍵合形成離子對(duì)，形成單點(diǎn)錨固；對(duì)于極性不強(qiáng)的有機(jī)材料，其表面的極性官能團(tuán)會(huì)與錨固基團(tuán)形成氫鍵，從而產(chǎn)生微弱的氫鍵作用，為了提高超分散劑對(duì)顆粒表面的吸附能力，需要在超分散劑中引入多個(gè)錨定基團(tuán)結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)超分散劑與有機(jī)顆粒間的強(qiáng)作用力；對(duì)于非極性顆粒，因?yàn)槠浔砻娌痪邆渑c錨固基團(tuán)作用的活性基團(tuán)，因此需要加入表面增效劑，使表面增效劑吸附在非極性顆粒表面，為超分散劑的吸附過(guò)程提供活性位點(diǎn)，從而使顆粒可以在懸浮體系中保持分散穩(wěn)定。

超分散劑的結(jié)構(gòu)（圖源：文獻(xiàn)3）

2、分散穩(wěn)定機(jī)理

超分散劑的加入可以有效增加懸浮液中顆粒間的排斥力，從而達(dá)到分散穩(wěn)定效果。分散穩(wěn)定機(jī)理主要包括靜電排斥理論和空間位阻效應(yīng)兩種理論。

（1）靜電排斥理論

在兩個(gè)粒子接近，但離子氛尚未重疊時(shí)，顆粒與顆粒間并不會(huì)產(chǎn)生排斥作用；但當(dāng)顆粒開始相互重疊時(shí)，重疊區(qū)中的離子濃度會(huì)急劇升高，高濃度區(qū)中的離子會(huì)開始向非重疊區(qū)遷移，打破原來(lái)的對(duì)稱性，帶電的微粒此時(shí)就會(huì)因排斥作用而分開。在懸浮體系中添加電解質(zhì)類超分散劑，懸浮體系中的粒子電荷就會(huì)增加，zeta電位上升，粒子間的排斥力增加，懸浮體系的穩(wěn)定性因此而進(jìn)一步提升。當(dāng)顆粒間的范德華引力大于雙電層的作用力時(shí)，顆粒會(huì)完全接觸并相互粘附，最終會(huì)形成越來(lái)越大的絮凝物，進(jìn)而沉淀，使懸浮液變得澄清透明。

顆粒間的靜電排斥作用（圖源：文獻(xiàn)4）

（2）空間位阻效應(yīng)

空間位阻效應(yīng)是指表面活性分子通過(guò)強(qiáng)極性錨固基團(tuán)吸附在顆粒表面，利用分子自身主鏈及分子上與水相互作用的溶劑化鏈段形成較厚水化層，從而達(dá)到阻止粒子聚集的作用。正因?yàn)椴牧媳砻嫠瘜拥拇嬖冢蟠笙魅趿祟w粒間的范德華力，有效的削減了顆粒間的團(tuán)聚現(xiàn)象。不同超分散劑的溶劑化鏈段會(huì)有所差異，超分散劑在顆粒表面的吸附存在多種構(gòu)型。由于顆粒之間無(wú)法相互穿透，所以當(dāng)兩個(gè)吸附了超分散劑的顆粒相互靠近時(shí)，它們之間的空間體積會(huì)被壓縮。此時(shí)，溶劑化鏈會(huì)因空間限制，導(dǎo)致能夠采取的構(gòu)象數(shù)量減少，構(gòu)象熵也隨之降低。此時(shí)系統(tǒng)的自由能會(huì)增加，并產(chǎn)生排斥力來(lái)保持粒子的穩(wěn)定。

空間位阻效應(yīng)模型圖（圖源：文獻(xiàn)1）

應(yīng)用

1、顏料、涂料、油墨

涂料在存儲(chǔ)過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)結(jié)塊的現(xiàn)象。在加入高分子分散劑后，不僅可以使涂料在高固含量下保持很好的分散穩(wěn)定性，還可以有效改變其流變性、延長(zhǎng)涂料的保質(zhì)期，減少絮凝的出現(xiàn)。葉夢(mèng)含等以苯乙烯、丙烯酸丁酯和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為單體，偶氮二異丁腈為引發(fā)劑，3-巰基丙酸為鏈轉(zhuǎn)移劑，采用溶液聚合制備了三元共聚超分散劑。將制出的超分散劑用于酞菁藍(lán)顏料，通過(guò)測(cè)試改變單體摩爾配比、引發(fā)劑用量、鏈轉(zhuǎn)移劑用量、反應(yīng)溫度和Zeta電位得到最優(yōu)反應(yīng)條件。測(cè)得的顏料分散體系粒徑最小為154.1nm,Zeta電位為-29.8mV。

超分散劑對(duì)顏料分散體系穩(wěn)定性的影響（圖源：文獻(xiàn)5）

2、超細(xì)顆粒

超細(xì)粉體因特有的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和量子效應(yīng)等特點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的分散劑在水環(huán)境中具有良好的分散能力，但在非水環(huán)境中分散固體顆粒的表現(xiàn)卻不盡如人意。超分散劑經(jīng)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，能夠?qū)?a title="碳酸鈣" href="http://shpa18.com/powder/dlist.html?id=109" target="_blank" style="color:blue">碳酸鈣、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋁等多種超細(xì)粒子展現(xiàn)出出色的分散和穩(wěn)定作用。劉寧等采用恒流滴定法，以高效液相色譜跟蹤聚丙烯酸水溶液聚合反應(yīng)過(guò)程，通過(guò)改變單體濃度、體系pH、鏈轉(zhuǎn)移劑量、加料時(shí)間、反應(yīng)溫度等因素獲得了低分子量PAA的可控合成方法。制備出的PAA超分散劑，在pH為7，分子量為5210時(shí)，對(duì)納米二氧化硅的分散性能最佳。

3、陶瓷

陶瓷中的固態(tài)粒子表面活性很大，顆粒之間容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。但如果顆粒的分散均勻性差，會(huì)嚴(yán)重影響燒結(jié)過(guò)程，導(dǎo)致產(chǎn)品的性能不好。如果在陶瓷粉體中加入超分散劑，可以使陶瓷顆粒在非極性分散介質(zhì)中均勻分散，以達(dá)到較高的固態(tài)含量和較低的粘稠度。陶瓷粉體在分散介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性將會(huì)直接影響成品的微觀結(jié)構(gòu)，從而影響耐磨性和熱穩(wěn)定性等使用性能。曹貴平等研究超分散劑對(duì)氧化鋁粉體在液體石蠟中的分散穩(wěn)定性，獲得了含固率高、粘度低的氧化鋁石蠟分散體系。研究表明當(dāng)超分散劑的相對(duì)分子質(zhì)量為1000，用量為粉體質(zhì)量的2%，在固含量高達(dá)85%的漿液中使用時(shí)，分散效果最佳。

小結(jié)

超分散劑通過(guò)靜電排斥、空間位阻等作用機(jī)制，可以有效提升顆粒在各種復(fù)雜體系中的分散穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)超分散劑設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的進(jìn)一步把控以及超分散劑與顆粒間相互作用的進(jìn)一步研究，相信超分散劑可以在未來(lái)應(yīng)用于更多的領(lǐng)域。

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