影响分散剂分散效果的几个因素
影响分散剂分散效果的几个因素
分散剂是一种重要的添加剂，广泛应用于锂电池浆料、光阻浆料、油漆、涂料、油墨、抛光液等产品中。它通过降低浆料粘度、提高稳定性、防止固体颗粒二次凝聚和沉降，实现高浓度化和改善工艺效率。本文将深入探讨分散剂的作用机理及其影响因素，帮助读者更好地理解这一重要材料。
颗粒分散的三个阶段
添加到浆料/悬浮液中的粉体颗粒通常以初级粒子的附聚体和凝聚体混合形式存在，需要通过一定的手段将其分散，使颗粒解离并均匀分布在基质中，从而实现理想的产品性能，这一过程通常包含如下三个方面：
润湿：润湿是指颗粒与颗粒之间的界面被颗粒与溶剂、分散剂等界面所取代的过程。润湿主要是由液相表面与颗粒表面的极性差异程度决定。粉体在液相中润湿的好坏是粉体能否均匀分散的重要前提，润湿不好会产生团聚、结块，会影响到后面进一步的分散混合。
分散：通过高剪切力研磨设备将凝聚体和附聚体打散为更小的单位，最好是初级粒子。在此阶段，具有高效润湿能力的分散剂也是一种助磨剂，它能够降低液/固之间的界面张力，可提高粒子的分散效率，缩短研磨时间。
稳定：被打散的颗粒表面积增大，暴露出更多的表面能，导致颗粒间容易产生相互吸引（如范德华力等）。如果不稳定颗粒，它们会重新聚集形成附聚体或凝聚体，破坏分散效果。此外，多数产品在制浆后需要保持较长时间的稳定性，例如喷墨油墨这样的应用，如果颗粒在储存过程中发生沉降或聚集，会影响墨水的流动性和打印效果，甚至造成打印头的堵塞。因此，分散剂的稳定作用至关重要。
分散机的分散机制
分散剂通过物理（如范德华力、氢键、静电相互作用）或化学（强的化学键结合，如共价键或离子键）的方式吸附在颗粒表面，使颗粒之间保持距离，降低不受控制絮凝的倾向。在实际应用中，主要是通过静电排斥或空间位阻的方式来实现，其作用机制主要有以下三种：
- 静电斥力稳定机制：这种类型的稳定机理基本上只限于水性体系，因为只有水的高介电常数才能产生足够强的电荷。分散剂在颗粒表面吸附并使颗粒带上相同电荷，从而产生的排斥力，减少它们之间的吸引力，防止颗粒聚集。
空间位阻稳定机制：吸附在粒子表面上的高分子聚合物能有效阻止胶体粒子的凝聚，使分散体处于稳定状态，这种稳定作用被称之为空间位阻效应，可以用于水性和溶剂型体系。这类产品有特殊的锚定基团能够强烈地吸附到颗粒表面，并且包含能为所需的溶剂或树脂溶液体提供空间位阻稳定的高分子链段。
静电空间位阻稳定（电空间稳定）：在前述情况下，如果这种高分子聚合物是一种高分子聚合电解质，在某个确定的pH值下，它能起到双重稳定作用，这种情况，就称为静电空间位阻稳定。
分散效果的影响因素
- 分散剂种类对分散效果的影响
常用的分散剂主要有以下几类：
无机电解质：例如聚磷酸钠、硅酸钠、氢氧化钠及苏打等。此类分散剂的作用是提高粒子表面电位的绝对值，从而产生强的双电层静电斥力作用，有效地防止粒子的团聚。
有机高聚物：常用的有聚丙烯酰胺系列、聚氧化乙烯系列及单宁、木质素等天然高分子。此类分散剂主要是在颗粒表面形成吸附膜而产生强大的空间排斥效应，因此得到致密的有一定强度和厚度的吸附膜是实现良好分散的前提。有机高聚物类分散剂具有多样性，在水中或在有机介质中均可使用。
表面活性剂：表面活性剂类分散剂主要包括阴离子型、阳离子型和非离子型三种类型，它们通过吸附在颗粒表面，形成一层稳定的分子膜，防止颗粒之间的直接接触，从而提高分散稳定性。此外，这些表面活性剂还能降低固液界面的表面张力，促使液体在固体表面更好地铺展，实现润湿效果。在润湿过程中，表面活性剂可以减少毛细管吸附力，防止液体在颗粒间凝聚，有助于颗粒在液体中的分散。同时，表面活性剂分子膜的存在也带来了空间位阻效应，这种空间阻隔进一步减少了颗粒的团聚倾向，确保分散体系的稳定性。
此外，分散剂的选择也与颜料的表面性质有关。颜料表面的极性因有机（非极性）和无机（极性更强）而异，这意味着分散剂锚定基团的性质对于最佳吸收至关重要。阴离子锚定基团的选择应使无机颜料具有更好的性能，而阳离子锚定基团则更适合有机颜料。