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| 粉體專(zhuān)用超分散劑的研究及應用現狀 |
| 來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時(shí)間：2015-05-07 10:54:14 瀏覽次數： |
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1 前言
（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）超分散劑是一類(lèi)新型高效的聚合物型分散助劑，克服了傳統分散劑在分子結構上的局限性。超分散劑又稱(chēng)高分子分散劑，是分子量在1000～10000之間的高效聚合物型分散劑。它與傳統的表面處理劑和分散劑相比有如下優(yōu)勢:①超分散劑用錨固基團代替表面修飾劑上的親水基團，吸附為不可逆吸附，難發(fā)生解吸;②以聚合物溶劑化鏈取代表面修飾劑上的親油基團，鏈長(cháng)可調，可起到有效的空間穩定作用;③可形成極弱的易于活動(dòng)的膠束，能迅速移向顆粒表面而起到潤濕保護作用。因此，超分散劑廣泛用于顏料分散劑、混泥土外添劑、陶瓷分散劑、水煤漿、鉆井泥漿、化妝品、食品添加劑、藥物和生物技術(shù)等領(lǐng)域。
2 超分散劑的作用機理
超分散劑的作用機理主要是通過(guò)增大高分子吸附層厚度來(lái)增加空間位阻作用，其優(yōu)點(diǎn)在于位阻機制在水和非水介質(zhì)中都有效，并且位阻穩定是熱力學(xué)穩定。所以，與傳統分散劑相比，分散效果大幅提高。其作用機理就是通過(guò)錨固基緊緊地吸附在固體顆粒表面，然后通過(guò)溶劑化鏈在固體顆粒表面形成足夠的空間位阻使得固體顆粒分開(kāi)，維持穩定的分散狀態(tài)。如下圖1所示。
3 超分散劑的研究現狀
國外從事超分散劑研究的主要公司有ICI、KVK、DuPont、BASF及Sun Chemical，其中ICI的產(chǎn)品較多，影響較大。國內最早由國家超細粉末工程研究中心、上海華明超細新材料有限公司和華東理工大學(xué)技術(shù)化學(xué)物理研究所共同研制和開(kāi)發(fā)了WL系列超分散劑，現在有眾多高校也加入了超分散的研究行業(yè)。經(jīng)過(guò)幾十年的努力，超分散劑得到了很大的發(fā)展，在超細顆粒、顏料、和染料等領(lǐng)域都得到了廣泛的應用。
3.1 超分散劑在超細顆粒中的應用
超細粉體以其獨特的表面效應、小尺寸效應和量子效應等，在國民經(jīng)濟的所有行業(yè)中都有廣泛的應用，而為了獲得綜合性能優(yōu)異的材料，提高粉體的分散性是很有必要的。雖然傳統的分散劑(表面活性劑)在水性介質(zhì)中有很好的分散效果，但其對固體顆粒在非水體系中的分散性能卻較差。
(1)CaCO3
李等以丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸鈉(SMAS)和馬來(lái)酸酐(MAn)為單體聚合制備出一種超分散劑。利用該分散劑所制得的質(zhì)量分數為52%的納米碳酸鈣漿液黏度低、分散均勻，靜置3個(gè)月無(wú)明顯變化，說(shuō)明自制超分散劑對納米碳酸鈣具有良好的分散效果，可應用于高固含量的納米碳酸鈣漿液的制備。高等通過(guò)調節共聚單體丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、馬來(lái)酸酐(MAn)的摩爾比與引發(fā)劑種類(lèi)及其用量，合成了一系列低分子質(zhì)量的聚丙烯酸鈉超分散劑。合成的超分散劑GCC-44對重質(zhì)碳酸鈣懸浮液有較好的降黏作用和分散穩定性。鄭等研究了聚羧酸類(lèi)分散劑對超細Ca-CO3粉體的吸附行為研究，結果表明該分散劑在CaCO3粉體表面的吸附屬于langumuir型單分子層吸附，SDA-30在CaCO3表面的飽和吸附量隨粉體目數的增加和溫度的降低而增大。
(2)CaSO4
王等以馬來(lái)酸酐(MAH)為錨固基團，苯乙烯(St)為功能基團，十二烷基丙烯酸酯(LA)為溶劑化鏈合成的三元共聚物為SML超分散劑?？疾炝似涓男猿欳aSO4粉體后的活化指數，同時(shí)探討了SML超分散劑對PE(聚乙烯)/超細能的影響，最后通過(guò)SEM觀(guān)察了復合材料斷面形貌。結果表明，SML超分散劑優(yōu)于F-2分散劑。王等以硅烷為錨固基團(A段)，丙烯酸丁酯為溶劑化鏈(B段)，合成了超分散劑YB系列，研究了它對微細CaSO4粉體在液體石蠟中的沉降體積和粘度的影響。結果表明，YB系列超分散劑對CaSO4粉體有很好的分散和降粘作用，同時(shí)通過(guò)對改性前后粉體的掃描電鏡(SEM)和紅外光譜(FT-IR)檢測，對比顯示改性后的CaSO4粉體表面連接了有機基團。吳等采用自制合成的超分散劑改性CaSO4粉體，并通過(guò)熔融共混的方法制備了高密度聚乙烯/硫酸鈣復合材料。研究結果表明在YB超分散劑用量為1.2%，高密度聚乙烯填充量為30%時(shí)，相比未改性時(shí)的填充，復合材料的彎曲模量和彎曲強度提高了37.6%、6.8%，而拉伸強度、沖擊強度分別提高了9.8%、45.9%。
(3)SiO2
肖等研究了超分散劑PSE加入前、后pH值變化對超細SiO2分散穩定的影響。研究結果表明，當超分散劑質(zhì)量濃度為1.6mg/L時(shí)最有利于SiO2分散。李等采用馬來(lái)酸聚乙二醇(200)單甲醚單酯(MA-PEO)與丙烯酸(AA)共聚制備了一種含聚醚側鏈聚羧酸分散劑(PAMA)，研究了該分散劑對SiO2微粉分散穩定性能，并與聚丙烯酸鈉(PAANa)、聚乙二醇(PEG4000)進(jìn)行對比。結果表明，該分散劑的分散穩定效果優(yōu)于PAANa、PEG4000分散劑的分散穩定效果。沈等發(fā)現衣康酸(IA)、烯丙基磺酸鈉(SAS)和甲基丙烯酸(ME)可通過(guò)自由基共聚反應制備具有兩親結構的水溶性超分子分散劑(SP-MIS)。研究表明，分散劑中含有大量的-OH、-SO3H，當添加量為0.40%時(shí)，分散效果最好。
(4)其它粒子
鄭等用羧甲基纖維素鈉(Sodium Carbonxymethyl Cellulose，CMC)與硅微粉復合作為超分散劑，研究了碳纖維增強水泥復合材料，此法可有效地對碳纖維進(jìn)行分散，所得CFRCC材料7d的抗折和抗壓強度分別提高了31.22%和41.25%。武等合成了以聚12-羥基硬脂酸為溶劑化鏈，四乙烯五胺為錨固基團的“梳形”超分散劑t-PTHSA，并將其用于聚乙烯/高嶺土復合材料。超分散劑對聚乙烯/高嶺土復合材料的力學(xué)性能具有明顯的增強效果和分散作用。李等研究了超分散劑BYK對納米碳管增強環(huán)氧樹(shù)脂復合材料影響。結果表明，隨著(zhù)超分散劑含量的不斷升高，納米碳管的分散性能提高，體系的模量上升的作用大于使模量下降的增韌作用，體系的模量開(kāi)始上升。
通過(guò)對Al2O3粉表面性能研究，確定丙烯酸銨-丙烯酸甲酯聚合物作為分散劑。分散劑分子附著(zhù)在粒子表面，在粒子表面形成同種電荷的雙電層，達到靜電穩定作用，同時(shí)通過(guò)高分子鏈的空間位阻作用，防止陶瓷料漿中粉體顆粒聚集，達到分散效果。
3.2 超分散劑在染料、顏料和油墨中的應用
涂料、顏料和油墨等在生產(chǎn)中都會(huì )遇到分散問(wèn)題，分散效果對產(chǎn)品的質(zhì)量如光澤、著(zhù)色強度、透明度等有很大影響。孫等以蓖麻油酸、1，2-羥基硬脂酸等為原料，在催化劑和保護氣體存在下，合成聚羥基羧酸酯，再用N，N-二甲基丙胺合成了胺烷基化的聚羚基梭酞胺超分散劑。該超分散劑適用于銅酞菁、多氯酞銅酞菁等染料，應用于油墨和涂料，效果良好。何等基于超分散劑的構思，設計合成了一類(lèi)以脲基為橋基的染料聚醚衍生物，并探討其對母體分散染料的分散和應用性能。試驗結果表明，合成的超分散劑對其母體分散染料具有較好的分散效率，自制的分散體系應用性能可達到或優(yōu)于商品染料。
孫等應用自制的超支化聚(酰胺-酯)分散劑(Hyperbranched polyesteramides dispersant，HPD)制備超細涂料，并涂料染色。實(shí)驗結果表明，較優(yōu)實(shí)驗條件下，顏料粒徑可達210nm，體系離心穩定性達83.4%，粘度保持在1.87～1.88mPa·s，涂料染色織物較淺，皂洗牢度較好。王等采用甲基丙烯酸聚乙二醇單酯與(甲基)丙烯酸類(lèi)單體進(jìn)行共聚，制備了一種水性支鏈型超分散劑。測試結果表明，這種分散劑對顏料的分散性能、穩定性能均優(yōu)于傳統聚合物分散劑，是一種性能優(yōu)良的新型分散劑。王等合成了新型的(含氟)丙烯酸類(lèi)聚合物分散劑，采用了添加甲基丙烯酸十二氟庚酯和丙烯酸六氟丁酯單體的方法引入含氟基團。測試表明，添加5%質(zhì)量分數的甲基丙烯酸十二氟庚酯所合成的聚合物分散劑，其對顏料的分散性能、穩定性能均優(yōu)于傳統聚合物分散劑。
4 展望
國外從上世紀70年代初開(kāi)始對超分散劑進(jìn)行研究，國內從90年代開(kāi)始有超分散劑的相關(guān)報道。盡管?chē)鈱Ω叻肿友芯科鸩捷^早，研究多，但大多適用于油溶體系。目前，國內外對水性體系的研究較少，而由于對環(huán)保要求的逐步提高，顏料色漿用溶劑逐漸由油性體系過(guò)渡到水性體系，水性體系用高分子分散劑將成為研究的熱點(diǎn)。因此水性體系用高效超分散劑和天然高分散劑將會(huì )是研究的熱點(diǎn)。同時(shí)，目前國內對于超分散劑的作用機理、超分散劑的分子量及分子量分布等基礎理論方面的探討比較薄弱，需要進(jìn)一步深入。以確定不同分子量超分散劑的應用領(lǐng)域。
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