分散劑是一種常見添加劑，它可以幫助不溶性的固體顆粒（如顏料、填料、納米顆粒等）均勻分散在液體介質，被廣泛使用于鋰電池漿料、光阻漿料、油漆、涂料、油墨、拋光液等產品中，具有降低漿料的粘度、提高漿料的穩定性（防止固體顆粒的二次凝聚及沉降的作用）、實現高濃度化、改善分散工藝過程中的效率等作用。

涂料中良好分散性和不良分散性之間的遮蓋力差異

來源參考資料1

一、顆粒分散的三個階段

添加到漿料/懸浮液中的粉體顆粒通常以初級粒子的附聚體和凝聚體混合形式存在，需要通過一定的手段將其分散，使顆粒解離并均勻分布在基質中，從而實現理想的產品性能，這一過程通常包含如下三個方面，1、固體顆粒在液相中的潤濕；2、固體顆粒團聚體的解聚和分散；3、解聚后的漿料穩定化，防止再次團聚。

1、潤濕

潤濕是指顆粒與顆粒之間的界面被顆粒與溶劑、分散劑等界面所取代的過程，潤濕主要是由液相表面與顆粒表面的極性差異程度決定，粉體在液相中潤濕的好壞是粉體能否均勻分散的重要前提，潤濕不好會產生團聚、結塊，會影響到后面進一步的分散混合。

2、分散

通過高剪切力研磨設備將凝聚體和附聚體打散為更小的單位，最好是初級粒子。在此階段，具有高效潤濕能力的分散劑也是一種助磨劑，它能夠降低液/固之間的界面張力，可提高粒子的分散效率，縮短研磨時間。

3、穩定

被打散的顆粒表面積增大，暴露出更多的表面能，導致顆粒間容易產生相互吸引（如范德華力等），如果不穩定顆粒，它們會重新聚集形成附聚體或凝聚體，破壞分散效果。此外，多數產品在制漿后需要保持較長時間的穩定性，例如噴墨油墨這樣的應用，如果顆粒在儲存過程中發生沉降或聚集，會影響墨水的流動性和打印效果，甚至造成打印頭的堵塞。因此，分散劑的穩定作用至關重要。

二、分散機的分散機制

分散劑通過物理（如范德華力、氫鍵、靜電相互作用）或化學（強的化學鍵結合，如共價鍵或離子鍵）的方式吸附在顆粒表面，使顆粒之間保持距離，降低不受控制絮凝的傾向，在實際應用中只要是通過靜電排斥的時候或空間位阻的方式來實現，其作用機制主要有以下三種。

①靜電穩定機制；②空間位阻；③靜電空間位阻穩定

來源：參考資料3

1、靜電斥力穩定機制

這種類型的穩定機理基本上只限于水性體系，因為只有水的高介電常數才能產生足夠強的電荷。分散劑在顆粒表面吸附并使顆粒帶上相同電荷，從而產生的排斥力，減少它們之間的吸引力，防止顆粒聚集。

靜電互斥穩定機制（來源參考資料4）

2、空間位阻穩定機制

吸附在粒子表面上的高分子聚合物能有效阻止膠體粒子的凝聚，使分散體處于穩定狀態，這種穩定作用被稱之為空間位阻效應，可以用于水性和溶劑型系。這類產品有特殊的錨定基團能夠強烈地吸附到顆粒表面，并且包含能為所需的溶劑或樹脂溶液體提供空間位阻穩定的高分子鏈段。

空間位阻穩定機制（來源參考資料4）

3、靜電空間位阻穩定（電空間穩定）

在前述情況下，如果這種高分子聚合物是一種高分子聚合電解質，在某個確定的pH值下，它能起到雙重穩定作用，這種情況，就稱為靜電空間位阻穩定。

聚丙烯酸鈉鹽是典型的聚電解質（來源：參考資料2）

三、分散效果的影響因素

1、分散劑種類對分散效果的影響

常用的分散劑主要有①無機電解質。例如聚磷酸鈉、硅酸鈉、氫氧化鈉及蘇打等。此類分散劑的作用是提高粒子表面電位的絕對值，從而產生強的雙電層靜電斥力作用，有效地防止粒子的團聚。②有機高聚物。常用的有聚丙烯酰胺系列、聚氧化乙烯系列及單寧、木質素等天然高分子。此類分散劑主要是在顆粒表面形成吸附膜而產生強大的空間排斥效應，因此得到致密的有一定強度和厚度的吸附膜是實現良好分散的前提。有機高聚物類分散劑具有多樣性在水中或在有機介質中均可使用。③表面活性劑。表面活性劑類分散劑主要包括陰離子型、陽離子型和非離子型三種類型，它們通過吸附在顆粒表面，形成一層穩定的分子膜，防止顆粒之間的直接接觸，從而提高分散穩定性。此外，這些表面活性劑還能降低固液界面的表面張力，促使液體在固體表面更好地鋪展，實現潤濕效果。在潤濕過程中，表面活性劑可以減少毛細管吸附力，防止液體在顆粒間凝聚，有助于顆粒在液體中的分散。同時，表面活性劑分子膜的存在也帶來了空間位阻效應，這種空間阻隔進一步減少了顆粒的團聚傾向，確保分散體系的穩定性。

此外，分散劑的選擇也與顏料的表面性質有關。顏料表面的極性因有機（非極性）和無機（極性更強）而異，這意味著分散劑錨定基團的性質對于最佳吸收至關重要。陰離子錨定基團的選擇應使無機顏料具有更好的性能，而陽離子錨定基團則更適合有機顏料。

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2、分散劑相對分子質量對分散效果的影響

對固相含量一定的懸浮液，采用同種分散劑時，分散效果會因分散劑的相對分子質量不同而有所不同。

用作分散劑的高分子的相對分子質量一定要達到一定的大小，理論上來說其伸展范圍越大越好。這是因為在分散介質中，分子鏈在充分伸展的條件下，相對分子質量越大，分子鏈延伸得越長，其位阻作用就越大，分散效果越好。如果分散劑相對分子質量較低，其分子鏈段也較短，在顆粒表面形成的保護層厚度會降低，空間位阻作用減弱，分散效果不佳。

但實際上，相對分子質量達到某值時，分子鏈將開始增加彎曲，不能伸到更遠的地方（即位阻作用不再變大），同時其水溶性和及陶瓷顆粒表面的吸附能力降低，還會造成溶液粘度的增大，不利于分散。如果相對分子質量繼續變大，不同顆粒上的分子鏈就有可能相互纏繞而造成顆粒的架橋絮凝，形成沉降。

另外，對于顆粒尺寸較小的高固相含量的漿料，高分子分散劑因相對分子質量過大，會大大增加顆粒的有效尺寸，使漿料的粘度劇烈增大。所以，選擇分散劑時要考慮多方面的因素。分散劑的相對分子質量一般都有一最佳值。

3、分散劑濃度對分散效果的影響

分散和其他添加劑一樣，并不是越多越好。事實上，當加入分散劑的量不足或過大時，可能引起絮凝。因此，在使用分散劑分散時，必須對其用量加以控。

當分散劑恰好將顆粒表面包覆時，分散劑能夠最大限度地發揮其位阻穩定和靜電穩定作用（上圖②）。分散劑再增多時，多余的高分子長鏈在體系中可能會相互交連而導致絮凝，使懸浮液體系的穩定性變差（上圖③）。當位阻穩定劑的加入量小于一定量時，會使懸浮液對電解質的敏感性大大增加，這種現象叫高分子敏化作用，有些高分子的敏化作用很強，它們甚至能直接使懸浮液聚沉。

在這種情況下，由于加人的高分了數量太小并沒有形成在顆粒表面形成完整的保護層，而是部分地吸附在顆粒表面，這就為顆粒之間的相互作用提供了橋連的機會。多個小顆粒可能會附著在同一高分子鏈上，形成橋連結構（上圖①），最終導致顆粒聚集成較大的團聚體，從而引發絮凝或沉淀。這種現象在分散粒度較小的顆粒時更加明顯，因為小顆粒的比表面積較大，更容易與高分子鏈發生作用。

以顏料的應用為例，在路博潤的官網推薦的大致用量范圍為：每平方米的顏料表面積使用2-2.5mg的聚合物分散劑。

4、pH值對分散效果的影響
用非離子型聚合物作為分散劑時，它在分散過程中的空間位阻作用pH值的影響不大。pH值只對分散過程中的靜電穩定效應有較大的影響。此時，懸浮液體系的pH值取遠離顆粒的等電點即可，對分散劑影響不大。

但對離子型分散劑，懸浮液的pH值既影響靜電穩定效果，又會影響分散劑的電空問穩定效果。例如，用PMAA-NH₄作為分散劑時，因為它是一種陰離子型聚電解質，其在水溶液中的離解度隨溶液的pH值而變化。pH>3.4時，PMAA-NH₄才開始電離出PMAA-和NH₄⁺，帶負電的PMAA吸附在粉體顆粒表面，具有空間位阻的同時，還存在靜電排斥力，使納米粉體的分散效果更佳。pH=10左右時，PMAA-NH₄，完全電離，其靜電分散作用達到最大。此時，要綜合考慮顆粒的Zeta電位和分散劑的電離條件，以分散劑的電離pH值遠離顆粒的等電點為佳。

備注：

等電點是指帶電的粒子在特定pH條件下，表面電荷的總和為零的點。在等電點時，顆粒表面上的正負電荷相互抵消，顆粒表面不再帶有凈電荷。等電點是膠體或顆粒最不穩定的狀態，因為它缺乏有效的靜電排斥作用，導致顆粒間的吸引力占主導，從而容易發生團聚、沉淀或絮凝現象。

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參考資料：

1、Paint&Coatings Industry；添加劑簡介，第4部分：分散劑

2、畢克助劑；互動世界“潤濕分散劑”多媒體手冊

3、贏創公司；用于鋰離子電池的過程助劑

4、圣諾普科；分散劑產品介紹

5、路博潤；了解分散劑背后的科學知識

6、曾令可，李秀艷編著.《納米陶瓷技術》2006

粉體圈編輯：Alpha