超分散劑
超分散劑又名超級(jí)分散劑，一種特殊的表面活性劑，分子結(jié)構(gòu)含有兩個(gè)在溶解性和極性上相對(duì)的基團(tuán)，其中一個(gè)是較短的極性基，稱為親水基，其分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其很容易定向排列在物質(zhì)表面或兩相界面上，降低界面張力，對(duì)水性分散體系有很好的分散效果。
傳統(tǒng)分散劑其分子結(jié)構(gòu)存在某些局限性：親水基團(tuán)在極性較低或非極性的顆粒表面結(jié)合不牢靠，易解吸而導(dǎo)致分散后離子的重新絮凝；親油基團(tuán)不具備足夠的碳鏈長(zhǎng)度（一般不超過18個(gè)碳原子），不能在非水性分散體系中產(chǎn)生足夠多的空間位阻效應(yīng)起到穩(wěn)定作用。為了克服傳統(tǒng)分散劑在非水分散體系中的局限性，開發(fā)了一類新型的超分散劑，對(duì)非水體系有獨(dú)特的分散效果，它的主要特點(diǎn)是：快速充分地潤(rùn)濕顆粒，縮短達(dá)到合格顆粒細(xì)度的研磨時(shí)間；可大幅度提高研磨基料中的固體顆粒含量，節(jié)省加工設(shè)備與加工能耗；分散均勻，穩(wěn)定性好，從而使分散體系的最終使用性能顯著提高。
超分散劑克服了傳統(tǒng)分散劑在非水分散體系中的局限性。與傳統(tǒng)分散劑相比，有以下特點(diǎn)：
（1）在顆粒表面形成多點(diǎn)錨固，提高了吸附牢度，不易解吸；
（2）溶劑化鏈比傳統(tǒng)分散劑親油基團(tuán)長(zhǎng)，可起到有效的空間穩(wěn)定作用；
（3）形成極弱的膠囊，易于活動(dòng)，能迅速移向顆粒表面，起到潤(rùn)濕保護(hù)作用；
（4）不會(huì)在顆粒表面導(dǎo)入親油膜，從而不致影響最終產(chǎn)品的應(yīng)用性能。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
超分散劑的分子結(jié)構(gòu)分為兩部分：其中一部分為錨固基團(tuán)，常見的有一R2N、一R3N+、一COOH、一COO-、一SO3H、一SO2-、一PO42-.多元胺、多元醇及聚醚等， 它們可通過離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵及范德華力等相互作用緊緊地吸附在固體顆粒表面，防止超分散劑脫附；另一部分為溶劑化鏈，常見的有聚酯、聚醚、聚烯烴及聚丙烯酸酯等，按極性大小可分為三種：低極性聚烯烴鏈；中等極性的聚酯鏈或聚丙烯酸酯鏈等；強(qiáng)極性的聚醚鏈。在極性匹配的分散介質(zhì)中，溶劑化鏈與分散介質(zhì)具有良好的相容性，在分散介質(zhì)中采取比較伸展的構(gòu)象，在固體顆粒表面形成足夠厚度的保護(hù)層。
作用機(jī)理：
超分散劑作用機(jī)理包括錨固機(jī)理和溶劑化機(jī)理兩部分。
錨固機(jī)理
①對(duì)具有強(qiáng)極性表面的無機(jī)顆粒，如鈦白、氧化鐵或鉛鉻酸鹽等，超分散劑只需要單個(gè)錨固基團(tuán)，此基團(tuán)可與顆粒表面的強(qiáng)極性基團(tuán)以離子對(duì)的形式結(jié)合起來，形成 "單點(diǎn)錨固"。
②對(duì)弱極性表面的有機(jī)顆粒，如有機(jī)顏料和部分無機(jī)顏料，一般是用多個(gè)錨固基團(tuán)的超分散劑，這些錨固基團(tuán)可以通過偶極力在顆粒表面形成"多點(diǎn)錨固"。
③對(duì)完全非極性或極性很低的有機(jī)顏料及部分炭黑，因不具備可供超分散劑錨固的活性基團(tuán)，故不管使用何種超分散劑，分散效果均不明顯。此時(shí)需使用表面增效劑，這是一種帶有極性基團(tuán)的顏料衍生物，其分子結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)與分散顏料非常相似，它能通過分子間范德華力緊緊地吸附于有機(jī)顏料表面，同時(shí)通過其分子結(jié)構(gòu)的極性基團(tuán)為超分散劑錨固基團(tuán)的吸附提供化學(xué)位，通過這種"協(xié)同作用"，超分散劑就能對(duì)有機(jī)顏料產(chǎn)生非常有效的潤(rùn)濕和穩(wěn)定作用。
溶劑化機(jī)理
超分散劑的另一部分為溶劑化聚合鏈，聚合鏈的長(zhǎng)短是影響超分散劑分散性能的一個(gè)重要因素。聚合鏈長(zhǎng)度過短時(shí)，立體上效應(yīng)不明顯，不能產(chǎn)生足夠的空間位阻; 如果過長(zhǎng)，將對(duì)介質(zhì)親和力過高，不僅會(huì)導(dǎo)致超分散劑從粒子表面解吸，而且還會(huì)引起在粒子表面過長(zhǎng)的鏈發(fā)生反折疊現(xiàn)象，從而壓縮了立體障礙的位阻或者造成與相鄰分子的纏結(jié)，最終發(fā)生粒子的再聚集或絮凝。
主要分類：
按照溶劑化鏈的單元結(jié)構(gòu)，超分散劑可以大致分為以下四種類型：
聚酯型超分散劑
溶劑化鏈一般通過羥基酸縮聚或內(nèi)酯化合物開環(huán)反應(yīng)制得，其端基類型及分子量可通過外加單元羧酸或單元醇來控制。工業(yè)上較易得到且適合上述聚合反應(yīng)的羥基酸及內(nèi)酯化合物非常少見，較為實(shí)用的只有12-羥基硬脂酸及ε-已內(nèi)酯兩種。在羥基酸及內(nèi)酯化合物的聚合過程中，用脂肪酸或樹脂作封端劑，可以得到端羧基聚酯。該聚酯在某些情況下可直接用作超分散劑（如用于金屬氧化物粉末在芳烴溶劑中的分散)，也可以通過一定的化學(xué)反應(yīng)與錨固基團(tuán)相連。例如，端羧基聚酯可以和多元胺及醇胺類物質(zhì)反應(yīng)生成以一C一NH一或一C一0—為橋基、以胺為錨固基團(tuán)的超分散劑。該超分散劑還可以與礦物酸、有機(jī)羧酸及顏料磺化衍生物反應(yīng)，將錨固基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)榘符}。也可以和硫酸二甲酯、硫酸二乙酯等烷基化試劑反應(yīng)將錨固基團(tuán)轉(zhuǎn)變?yōu)榧句@鹽。合適的多元胺或醇胺類物質(zhì)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。
端羥基聚酯可以通過端羧基聚酯與環(huán)氧化物的反應(yīng)制得，也可以以單元醇為調(diào)聚劑，經(jīng)羥基酸縮聚或內(nèi)酯化合物開環(huán)反應(yīng)制得。端羥基聚酯與錨固基團(tuán)之間的連接一般以多異氰酸酯為中介物質(zhì)。如果多異氰酸酯的官能團(tuán)數(shù)為m，則它在與等量的端羥基聚酯反應(yīng)后，會(huì)在溶劑化鏈末端形成（m一1〉個(gè)一NCO基團(tuán)。一NCO本身可以用作錨固基團(tuán)，也可以與氮?dú)?、雙氰酸胺及2-硫基-1，4-二酸等物質(zhì)反應(yīng)，將錨固基團(tuán)分別轉(zhuǎn)變成脲基、氰基和羧基。
聚醚型超分散劑
溶劑化鏈主要是環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、四氫呋喃等物質(zhì)的均聚物與共聚物，其中主要包括環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的共聚物。這類超分散劑的合成可以用錨固基團(tuán)為起始劑，在加熱、加壓及催化劑存在的條件下，通過環(huán)醚物質(zhì)的開環(huán)反應(yīng)制得。例如，用二乙基乙醇胺作起始劑時(shí)，得到的下列結(jié)構(gòu)的超分散劑對(duì)無機(jī)顏料在醇、醚等強(qiáng)極性介質(zhì)中的分散具有非常好的效果。
聚丙烯酸酯型超分散劑
丙烯酸酯單體的選擇范圍非常廣泛，其溶劑化鏈的極性與溶解度參數(shù)可以通過改變共聚單體的投料比方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此適用范圍較廣。為了得到單官能團(tuán)化的溶劑化鏈，一般選用巰基酸、巰基醇等物質(zhì)作為鏈轉(zhuǎn)移劑。溶劑化鏈的相對(duì)分子質(zhì)量可以通過改變引發(fā)劑與鏈轉(zhuǎn)移劑的用量來進(jìn)行控制。得到的端羧基或端羥基聚丙烯酸酯，其后續(xù)反應(yīng)過程與聚酯型溶劑化鏈完全相同。
聚烯烴類超分散劑
端基聚異丁烯是其最為重要的代表。該類超分散劑在烴類介質(zhì)中具有優(yōu)異的分散效果，有時(shí)可使分散體系中固體顆粒的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到65%以上，而分散體仍然保持適中的操作黏度。
按實(shí)際使用性質(zhì)，可分為三類：
水性分散劑，油性分散劑，水性油性通用分散劑。
區(qū)分：
按其結(jié)構(gòu)來區(qū)分，可分為6種
陰離子型，陽(yáng)離子型，非離子型，兩性型，電中性型，高分子型（包括高中低分子量）。
陰離子型
表面活性劑大部分是由非極性帶負(fù)電荷的親油的碳?xì)滏湶糠趾蜆O性的親水的基團(tuán)構(gòu)成。兩種基團(tuán)分別處在分子的兩端，形成不對(duì)稱的親水親油分子結(jié)構(gòu)。它的品種有；油酸鈉,羧酸鹽、硫酸酯鹽（R-O-SO3Na）,磺酸鹽（R- SO3Na），等等。陰離子分散劑相溶性好，被廣泛應(yīng)用。
陽(yáng)離子型
是非極性基帶正電荷的化合物。品種有十八碳烯胺醋酸鹽。烷基季銨鹽、氨基丙胺二油酸酯、季胺鹽、特殊改性的多氨基酰胺磷酸鹽等。陽(yáng)離子表面活性劑吸附力強(qiáng)，對(duì)炭黑、各種氧化鐵、有機(jī)顏料類分散效果較好，但要注意其與基料中羧基起化學(xué)反應(yīng)，還要注意不要與陰離子分散劑同時(shí)用，使用應(yīng)慎重。
非離子型
不能電離、不帶電荷。在顏料表面吸附比較弱，主要在水系涂料中使用。品種有脂肪酸環(huán)氧乙烷的加成物C17H33COO（CH2 CH2O）nH、聚乙二醇型多元醇和聚乙烯亞胺衍生物等。它們的作用是降低表面張力和提高潤(rùn)濕性。如果添加一些有機(jī)硅氧烷就可以防止發(fā)花、浮色和改善流平的作用。
兩性型
是由陰離子和陽(yáng)離子所組成的化合物。典型應(yīng)用的是磷酸酯鹽型的高分子聚合物。這類聚合物酸值較高，會(huì)影響層間附著力。應(yīng)該注意。
電中性型
是分子中陰離子和陽(yáng)離子有機(jī)集團(tuán)的大小基本相等，整個(gè)分子呈現(xiàn)中性但卻具有極性。品種有：油氨基油酸酯
高分子型（包括高中低分子量）
而其中最為高檔和最為穩(wěn)定要屬高分子型，例如：a.多已內(nèi)配多元醇-多乙烯亞胺嵌段共聚物，b.多已內(nèi)酯再與三乙烯四胺的反應(yīng)物，c.用基團(tuán)轉(zhuǎn)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.多羥基硬脂酸制得的低分子量聚酯，引入錨定基團(tuán)制得的各種聚氨酯和聚丙烯酸酯。等等，由于它們的錨定基團(tuán)一頭與樹脂纏繞吸附，另一頭又與顏料粒子包附。因此貯存穩(wěn)定性是比較好的，當(dāng)然也要注意不要用太強(qiáng)的溶劑，因?yàn)槿軇┨珡?qiáng)在高剪切力的情況下，會(huì)把這些高分子的超分散劑的錨定鏈溶解，進(jìn)而引起顏料返粗絮凝。
常見超分散劑
含取代氨端基的聚酯分散劑
用于分散顏料的接枝共聚物分散劑
聚酯類分散劑
低聚皂類分散劑
水溶性高分子分散劑
酞菁顏料的分散劑。
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