以前的涂料基本用不著分散劑，類(lèi)似醇酸、硝基漆等等體系不用分散劑，分散劑的出現(xiàn)還是到有了丙烯酸樹(shù)脂漆和聚酯樹(shù)脂漆以后的事。這也跟顏料的開(kāi)發(fā)有密切聯(lián)系，因?yàn)楦邫n顏料的應(yīng)用離不開(kāi)分散劑的幫助。

　　分散劑是一種用于穩(wěn)定粘合劑、油漆、塑料和塑料共混物等介質(zhì)中的固體顆粒的表面助劑。它的一端為溶劑化鏈，能夠溶于各種分散介質(zhì)中，另一端為顏料錨定基團(tuán)，能夠吸附在各種顏料表面，用于轉(zhuǎn)變?yōu)楣?液界面（顏料/樹(shù)脂溶液）。

　　樹(shù)脂溶液必須滲透進(jìn)顏料附聚體間的空間。所有顏料都是以顏料附聚體的形式存在，即是顏料顆粒的“集合”，在顏料個(gè)體顆粒之間的內(nèi)部空間包含著空氣和潮氣。顆粒之間以邊和角相接觸，顆粒間相互作用比較小，所以這種力可被一般的分散設(shè)備所克服。反之，聚集體比較緊密，顏料個(gè)體顆粒間存在著面與面的接觸，因此將它們分散為原始顆粒就困難得多。在顏料分散研磨過(guò)程中，顏料附聚體逐漸變??；理想的情況是得到原始粒子。

　　在顏料研磨的各過(guò)程可分成下述三步：第一步潤(rùn)濕，在攪拌作用下，顏料表面所有的空氣和潮氣被逐出，而由樹(shù)脂溶液所取代。分散劑起到改善顏料潤(rùn)濕性的作用，把固/氣界面變成固/液界面，提高研磨效率；第二步是真正的顏料分散研磨過(guò)程，通過(guò)機(jī)械能撞擊和剪切力，顏料附聚體破裂，粒度隨之減小至初級(jí)粒子，顏料在被機(jī)械力打開(kāi)的過(guò)同時(shí)，分散劑就會(huì)及時(shí)吸附并包裹小粒徑粒子；在最終的第三步中，顏料分散體必須足夠穩(wěn)定，以防止形成不受控制的絮凝。

　　用合適的分散劑可使顏料顆粒保持合適的相互距離，而不恢復(fù)接觸。大多數(shù)應(yīng)用中，都希望得到穩(wěn)定的解絮凝狀態(tài)。在部分應(yīng)用中，顏料分散體能在受控共絮凝條件下保持穩(wěn)定。潤(rùn)濕助劑能夠降低顏填料和樹(shù)脂溶液之間的表面張力差，加速樹(shù)脂對(duì)顏料附聚體的潤(rùn)濕;分散助劑增進(jìn)顏料分散體的穩(wěn)定。因此同一種產(chǎn)品常兼具潤(rùn)濕和分散助劑二者的功能。

　　顏料分散是一個(gè)由聚集體到分散狀態(tài)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程隨著粒徑變小、表面積增加，體系的表面能也是不斷增加的過(guò)程。由于體系表面能是一個(gè)自發(fā)降低的過(guò)程，表面積增加越明顯，研磨過(guò)程需要外界施加的能量就越多，維持體系分散穩(wěn)定需要分散劑的穩(wěn)定作用越強(qiáng)。通常，無(wú)機(jī)顏料的粒徑更大、比表面積更低，表面極性也高，從而比較容易分散穩(wěn)定；而各類(lèi)有機(jī)顏料和炭黑粒徑更小、比表面積大且表面極性低，故將它們分散穩(wěn)定更加困難。

　　所以分散劑主要提供三方面的性能：（1）改善顏料潤(rùn)濕，提高研磨效率；（2）降低粘度并改善與基料相容性，提高光澤、豐滿(mǎn)度及鮮映性，提高儲(chǔ)存穩(wěn)定性；（3）提高顏料著色力及顏料濃度，改善調(diào)色穩(wěn)定性。

　　分散劑的發(fā)展進(jìn)程

　　● 傳統(tǒng)型低分子量潤(rùn)濕分散劑

　　最早被稱(chēng)為分散劑的是脂肪酸的三乙醇胺鹽，大概在100年以前上市。這種分散劑在一般工業(yè)漆應(yīng)用中很高效，又價(jià)格經(jīng)濟(jì)，并非不可以用，且在中油度醇酸體系中的初期表現(xiàn)不差。

　　上世紀(jì)40-70年代，涂料行業(yè)用的顏料是無(wú)機(jī)顏料和一些比較容易分散的有機(jī)顏料。這時(shí)期分散劑是類(lèi)似于表面活性劑的物質(zhì)，一端是顏料錨定基團(tuán)，一端是樹(shù)脂相容鏈段，大多數(shù)分子上只有一個(gè)顏料錨定點(diǎn)。

　　從結(jié)構(gòu)上看分為三類(lèi)：（1）脂肪酸衍生物，包括脂肪酸酰胺、脂肪酸酰胺鹽、脂肪酸聚醚。比如1920-1930年畢克公司開(kāi)發(fā)的帶有嵌段的改性脂肪酸，與長(zhǎng)鏈的氨成鹽后得到Anti-Terra U。還有畢克公司基于D-A 加成反應(yīng)的高官能度端基的P104/104S。十而立的BESM® 9116，是解絮凝型分散劑，是原子灰行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)分散劑，它具有良好的潤(rùn)濕性、防沉性能以及儲(chǔ)存穩(wěn)定性，同時(shí)它還可以提高防腐性能，在防腐底漆中也得到廣泛使用。BESM®9104/9104S，也是典型的控制絮凝型分散劑，具有多個(gè)錨定基，分散時(shí)可以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，非常利于控制顏料沉降和浮色。由于脂肪酸衍生物分散劑原料擺脫了對(duì)石化原料的依賴(lài)，因此具有可再生性；（2）有機(jī)磷酸磷酸酯聚合物，這類(lèi)分散劑對(duì)無(wú)機(jī)顏料具有通用的錨定能力。比如BYK 110/180/111，十而立的BESM® 9110/9108/9101，都是分散鈦白和無(wú)機(jī)顏料十分優(yōu)異的分散劑，降粘展色和儲(chǔ)存性能突出。此外BYK 103和十而立的BESM® 9103都在分散消光粉漿時(shí)表現(xiàn)出極佳的降粘優(yōu)勢(shì)和儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

　　（3）非離子型脂肪族聚醚以及烷基酚聚氧乙烯醚。這一類(lèi)分散劑分子量一般小于2000g/mol，更加側(cè)重于對(duì)無(wú)機(jī)顏填料的分散。它們?cè)谘心r(shí)可以幫助潤(rùn)濕顏料，有效的吸附在無(wú)機(jī)顏料表面和防止顏料的分層和沉淀，并且可以控制絮凝和防止浮色發(fā)花。但是由于分子量過(guò)小，不能提供有效的空間位阻，也不能提高漆膜光澤和鮮映性。離子型錨定基團(tuán)不能吸附在有機(jī)顏料表面。

　　● 高分子量分散劑

　　1970年，開(kāi)始大量的使用有機(jī)顏料。ICI的酞菁系顏料、杜邦的喹吖啶酮顏料、CIBA的偶氮縮合顏料、科萊恩的苯并咪唑酮顏料等等在70年代均已完成工業(yè)化進(jìn)入市場(chǎng)。原有的低分子量潤(rùn)濕分散劑已經(jīng)不能穩(wěn)定這些顏料，新型的高分子量分散劑開(kāi)始開(kāi)發(fā)出來(lái)。

　　這類(lèi)分散劑分子量大達(dá)到5000－25000 g/mol，分子上有大量顏料錨定基團(tuán)，聚合物主鏈提供廣泛相容性，溶劑化支鏈則提供空間位阻作用，使顏料粒子完全處于解絮凝的穩(wěn)定狀態(tài)。高分子量分散劑能穩(wěn)定各類(lèi)顏料，徹底解決浮色發(fā)花等問(wèn)題，尤其對(duì)粒徑小、易絮凝的有機(jī)顏料和碳黑效果顯著。高分子量分散劑都是解絮凝型分散劑，分子鏈上具有多個(gè)顏料錨定基團(tuán)，能強(qiáng)烈地降低色漿的粘度，提高顏料著色力、色漆光澤和鮮映性，提高透明顏料的透明性。在水性體系中,高分子量分散劑有優(yōu)異的耐水性和耐皂化性。當(dāng)然，高分子分散劑也可能存在一些副作用，這主要來(lái)自分散劑的胺值。高的胺值將導(dǎo)致環(huán)氧體系在儲(chǔ)存時(shí)粘度增高；雙組分聚氨酯(使用芳香組異氰酸酯)的活化期降低；酸固化體系的反應(yīng)活性減少；在氣干醇酸中，削弱鈷催化劑的催化作用。

　　從化學(xué)結(jié)構(gòu)上，這類(lèi)分散劑也主要是三類(lèi)：（1）高分子量聚氨酯型分散劑，這是典型的聚氨酯分散劑。比如BYK 160/161/163/164、十而立的BESM®9160/9161/9163/9164、EFKA 4060/4061/4063，最新一代的聚氨酯分散劑BYK 2155和BESM® 9248。這類(lèi)分散劑出現(xiàn)比較早、受眾面廣，對(duì)有機(jī)顏料和炭黑具有良好的降粘展色性能，一度成為有機(jī)顏料標(biāo)準(zhǔn)分散劑。而最新一代聚氨酯分散劑無(wú)論在降粘和展色性能都具有顯著提升。在酸催化體系BYK 170、BESM® 9107更適合，分散劑沒(méi)有胺值，減少了涂料儲(chǔ)存的凝聚風(fēng)險(xiǎn)和不影響涂料的干燥。（2）聚丙烯酸酯類(lèi)分散劑，這類(lèi)分散劑如BYK 190、BESM®9003已經(jīng)成為水性涂料的通用型的標(biāo)準(zhǔn)分散劑。（3）超支化聚合物分散劑。超支化分散劑最廣泛使用的Lubrizol24000、BESM® 9240，這是基于長(zhǎng)鏈聚酯的酰胺+酰亞胺。這兩支產(chǎn)品是主要依靠聚酯主干穩(wěn)定顏料的專(zhuān)利，其對(duì)炭黑的處理能力至今仍然算優(yōu)秀，只是聚酯在低溫下會(huì)有結(jié)晶，在成品漆里也會(huì)析出，這一問(wèn)題使得24000最后只能用于油墨，畢竟在油墨行業(yè)用以分散炭黑能表現(xiàn)出非常優(yōu)秀的展色性及穩(wěn)定性。為了改善結(jié)晶性能， Lubrizol32500及BESM® 9245相繼出現(xiàn)。相比前兩類(lèi)，超支化聚合物分散劑由于分子呈球形結(jié)構(gòu)，顏料親和基團(tuán)非常集中，通常展色能力突出、降粘性能更強(qiáng)。聚氨酯型的分散劑相容性可以調(diào)節(jié)的范圍很廣，主要可以覆蓋長(zhǎng)油至短油的所有醇酸樹(shù)脂、所有飽和聚酯樹(shù)脂、羥基丙烯酸樹(shù)脂，并能夠穩(wěn)定絕大多數(shù)炭黑和各種結(jié)構(gòu)的有機(jī)顏料。由于分子量仍然可以從6000-15000之間存在大量不同的牌號(hào)，因此客戶(hù)需要篩選的是相容性和添加量。

　　● 可控自由基聚合分散劑

　　1990年以后，市場(chǎng)上對(duì)于顏料分散要求進(jìn)一步提高以及聚合物合成技術(shù)上的突破，最新一代的可控自由基聚合分散劑被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

　　類(lèi)分散劑分子量一般小于2000g/mol，更加側(cè)重于對(duì)無(wú)機(jī)顏填料的分散。它們?cè)谘心r(shí)可以幫助潤(rùn)濕顏料，有效的吸附在無(wú)機(jī)顏料表面和防止顏料的分層和沉淀，并且可以控制絮凝和防止浮色發(fā)花。但是由于分子量過(guò)小，不能提供有效的空間位阻，也不能提高漆膜光澤和鮮映性。離子型錨定基團(tuán)不能吸附在有機(jī)顏料表面。

　　● 高分子量分散劑

　　1970年，開(kāi)始大量的使用有機(jī)顏料。ICI的酞菁系顏料、杜邦的喹吖啶酮顏料、CIBA的偶氮縮合顏料、科萊恩的苯并咪唑酮顏料等等在70年代均已完成工業(yè)化進(jìn)入市場(chǎng)。原有的低分子量潤(rùn)濕分散劑已經(jīng)不能穩(wěn)定這些顏料，新型的高分子量分散劑開(kāi)始開(kāi)發(fā)出來(lái)。

　　這類(lèi)分散劑分子量大達(dá)到5000－25000 g/mol，分子上有大量顏料錨定基團(tuán)，聚合物主鏈提供廣泛相容性，溶劑化支鏈則提供空間位阻作用，使顏料粒子完全處于解絮凝的穩(wěn)定狀態(tài)。高分子量分散劑能穩(wěn)定各類(lèi)顏料，徹底解決浮色發(fā)花等問(wèn)題，尤其對(duì)粒徑小、易絮凝的有機(jī)顏料和碳黑效果顯著。高分子量分散劑都是解絮凝型分散劑，分子鏈上具有多個(gè)顏料錨定基團(tuán)，能強(qiáng)烈地降低色漿的粘度，提高顏料著色力、色漆光澤和鮮映性，提高透明顏料的透明性。在水性體系中,高分子量分散劑有優(yōu)異的耐水性和耐皂化性。當(dāng)然，高分子分散劑也可能存在一些副作用，這主要來(lái)自分散劑的胺值。高的胺值將導(dǎo)致環(huán)氧體系在儲(chǔ)存時(shí)粘度增高；雙組分聚氨酯(使用芳香組異氰酸酯)的活化期降低；酸固化體系的反應(yīng)活性減少；在氣干醇酸中，削弱鈷催化劑的催化作用。

　　從化學(xué)結(jié)構(gòu)上，這類(lèi)分散劑也主要是三類(lèi)：（1）高分子量聚氨酯型分散劑，這是典型的聚氨酯分散劑。比如BYK 160/161/163/164、十而立的BESM®9160/9161/9163/9164、EFKA 4060/4061/4063，最新一代的聚氨酯分散劑BYK 2155和BESM® 9248。這類(lèi)分散劑出現(xiàn)比較早、受眾面廣，對(duì)有機(jī)顏料和炭黑具有良好的降粘展色性能，一度成為有機(jī)顏料標(biāo)準(zhǔn)分散劑。而最新一代聚氨酯分散劑無(wú)論在降粘和展色性能都具有顯著提升。在酸催化體系BYK 170、BESM® 9107更適合，分散劑沒(méi)有胺值，減少了涂料儲(chǔ)存的凝聚風(fēng)險(xiǎn)和不影響涂料的干燥。（2）聚丙烯酸酯類(lèi)分散劑，這類(lèi)分散劑如BYK 190、BESM®9003已經(jīng)成為水性涂料的通用型的標(biāo)準(zhǔn)分散劑。（3）超支化聚合物分散劑。超支化分散劑最廣泛使用的Lubrizol24000、BESM® 9240，這是基于長(zhǎng)鏈聚酯的酰胺+酰亞胺。這兩支產(chǎn)品是主要依靠聚酯主干穩(wěn)定顏料的專(zhuān)利，其對(duì)炭黑的處理能力至今仍然算優(yōu)秀，只是聚酯在低溫下會(huì)有結(jié)晶，在成品漆里也會(huì)析出，這一問(wèn)題使得24000最后只能用于油墨，畢竟在油墨行業(yè)用以分散炭黑能表現(xiàn)出非常優(yōu)秀的展色性及穩(wěn)定性。為了改善結(jié)晶性能， Lubrizol32500及BESM® 9245相繼出現(xiàn)。相比前兩類(lèi)，超支化聚合物分散劑由于分子呈球形結(jié)構(gòu)，顏料親和基團(tuán)非常集中，通常展色能力突出、降粘性能更強(qiáng)。聚氨酯型的分散劑相容性可以調(diào)節(jié)的范圍很廣，主要可以覆蓋長(zhǎng)油至短油的所有醇酸樹(shù)脂、所有飽和聚酯樹(shù)脂、羥基丙烯酸樹(shù)脂，并能夠穩(wěn)定絕大多數(shù)炭黑和各種結(jié)構(gòu)的有機(jī)顏料。由于分子量仍然可以從6000-15000之間存在大量不同的牌號(hào)，因此客戶(hù)需要篩選的是相容性和添加量。

　　● 可控自由基聚合分散劑

　　1990年以后，市場(chǎng)上對(duì)于顏料分散要求進(jìn)一步提高以及聚合物合成技術(shù)上的突破，最新一代的可控自由基聚合分散劑被開(kāi)發(fā)出來(lái)。

　　可控自由基聚合（CFRP）通過(guò)精確設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，聚合物一端是錨定基團(tuán)，另一端是溶劑化鏈段。CFRP采用了常規(guī)聚合相同的單體，只是因?yàn)閱误w在分子鏈段上的排布更加整齊規(guī)律，分子量分布更加單一，合成的聚合物分散劑性能上具有質(zhì)的飛躍。這種高效的錨定集團(tuán)極大地提高了分散劑的抗絮凝能力以及顏料展色性。精確的溶劑化鏈段賦予分散劑較低的色漿研磨粘度和高的顏料添加量，同時(shí)分散劑與各種樹(shù)脂基料具有寬廣的相容性。

　　展望未來(lái)

　　現(xiàn)代涂料分散劑發(fā)展還不到一百年歷史，市面上針對(duì)各種顏料各種體系的分散劑種類(lèi)非常多，分散劑的原料主要來(lái)源仍然是石化原料，提高可再生原料在分散劑中的應(yīng)用比例是一個(gè)很有潛力的發(fā)展方向。從分散劑的發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，分散劑是越來(lái)越高效的，無(wú)論是降粘能力還是展色等其他能力都在同步提高，未來(lái)這個(gè)進(jìn)程仍然會(huì)持續(xù)下去。

　　站在下游使用者的角度來(lái)看，分散劑的種類(lèi)越來(lái)越多，如何快速地找到適合的產(chǎn)品成了一個(gè)難點(diǎn)。所以提高分散劑的通用性，一個(gè)分散劑可以在不同顏料、不同樹(shù)脂體系都表現(xiàn)高效成為材料商的目標(biāo)。

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