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解絮凝型润湿分散助剂

低分子量聚合物

润湿分散助剂的出现已经有相当长的时间了,最初的结构通常是一个分子中带有一个吸附基团(阴离子、阳离子、非离子)的脂肪酸聚合物,属于低分子量聚合物。它们具有解絮凝效应,已被成功地应用于稳定无机颜料,直至今天仍然在被使用。例如经典产品ANTI-TERRA-U就属于这一类,现在仍被广泛使用着。在此基础上进一步开发了像DISPERBYK-107或DISPERBYK-108这样符合现代需要比如不含芳香类溶剂或完全无溶剂的产品。诸如DISPERBYK-111或DISPERBYK-180这样的产品可应用于汽车和工业涂料体系中稳定钛白粉和无机颜料。

然而,当需要稳定有机颜料以防止絮凝时(超细炭黑颜料也同样如此),这些助剂则表现很差。为了使助剂生效,在颜料表面上形成持久且牢固的吸附是至关重要的,因为这是形成一个稳定的保护层的唯一方法。无机颜料是由离子组成的,表现出相当高的表面极性,从而使助剂的吸附相对较为容易。有机颜料的结构则完全不同,在这里,颜料晶体由单个分子所组成,它们基本上都是非极性的,通过分子间力而聚集在一起。其结果是有机颜料的表面具有非常低的极性,从而使传统助剂的有效吸附相当困难。由于吸附基团与颜料表面之间的相互作用力小得可以忽略不计,分散剂非常容易从颜料表面上脱落,因而不能在颜料颗粒周围形成稳定的保护层。在实际应用中,这意味着在很多情况下,使用低分子量润湿分散剂令有机颜料不能充分解絮凝以及稳定。而且,还有一个情况会加剧上述问题,那就是超细的有机颜料比粗颗粒的无机颜料具有更强的絮凝倾向。得到良好分散的颜料的表面必须被助剂分子所覆盖,由于粒径较小的有机颜料比表面较大,因此需要高得多的助剂用量。但高助剂用量会对涂料干膜的性能带来负面影响(例如硬度、耐水性)。

高分子量聚合物

高分子量聚合物

聚合物润湿分散剂:分子中因含有很多锚定基团而保证了良好的吸附,即使是在极性较低的颜料表面,比如有机颜料。从颜料表面伸展出来的高度溶剂化的聚合物链段对颜料带来位阻稳定效应。

 

 

出于很多各种各样的原因,如今越来越多的有机颜料得到了应用(例如为了不使用重金属,或者为了获得更鲜艳的色相)。这一趋势导致了一种新型助剂的开发:聚合物润湿分散助剂。它们与传统的低分子量产品的区别主要是两个结构特点:一方面,它们具有大得多的分子量,从而具有与基料类似的特性。但这只是一个附带的作用,而更为重要的是这些助剂含有大量的吸附基团,因此这个分子必须足够大才能容纳这么多的吸附基团。这样,即使一个吸附基团在颜料表面的吸附很微弱,助剂与颜料之间数量众多的接触点也能甚至在有机颜料上实现稳定而持久的吸附。这些助剂以与传统产品相同的方式- 即通过伸向基料溶液的聚合物链段所产生的位阻稳定而形成稳定效应。

只有当这种聚合物链得到充分伸展,从而与周围的聚合物溶液有很好的相容性时,才能获得最佳的稳定效果。如果相容性欠佳,聚合物链就会塌陷。其结果是位阻效应以及它所带来的稳定效果都不可能实现。高分子量助剂与不同涂料基料的相容性要比低分子量助剂狭窄得多。有鉴于此,我们设计了一整套在化学结构上相互关联的助剂系列(根据分子量、极性和相容性分类)以供选用。

环状或链状的含有吸附基团的链段和基料相容链段能以不同的方式结合在一起。随机嵌段和接枝聚合物已经得到了非常成功的应用。要让解絮凝的颜料获得良好的位阻稳定性,其中有很多因素很重要。除了聚合物的结构以外,分子量和分子量分布也有着非常重要的作用。

对于聚合物类型的润湿分散剂来说,含有吸附基团的链段和基料相容侧链可以有不同的结合方式。

 

 

高分子量润湿分散剂是专门为有机颜料的分散而开发的,但对无机颜料也同样适合,尤其是对颜料混合物的稳定。

这类助剂中的其中一个重要产品是应用于高品质工业涂料如汽车涂料的DISPERBYK-161,其他还有在工业应用中广泛使用的DISPERBYK-2163和DISPERBYK-2164(不含芳香溶剂)。这些助剂含有阳离子型锚定基团,它们在某些特殊情况下可能会与涂料配方中的酸性成分起反应(例如卷材涂料中的酸性催化剂)。在这种情况下,推荐我们的DISPERBYK-170或DISPERBYK-174这个系列中的助剂。它们采用了一种不同化学结构的锚定基团,从而可以避免这类问题。其他产品还包括含有彼此间隔的阳离子吸附基团的新型支化结构聚合物(DISPERBYK-2155),以及复杂的核壳聚合物,其中的颜料亲和基团是被包裹着的(DISPERBYK-2152),通过这种结构,助剂在涂料中的反应活性被降到了最低,但同时仍保持了对无机和有机颜料及炭黑的分散稳定性能。

水性涂料体系

在基于乳液基料的水性体系中,以及用于建筑涂料领域的乳胶涂料和灰浆中,颜料基本上都是以静电排斥机理进行稳定,通常使用聚羧酸胺盐(例如BYK-154)作为分散剂。

原则上,基于水溶性基料溶液或此类基料溶液与乳液的混合物(混合体系)的水性体系也可以采用静电排斥来稳定颜料。然而,实际工作中发现聚合物润湿分散助剂的位阻稳定通常效果更好,尤其是在高品质工业涂料中。它的工作机理和溶剂型涂料中的一样,唯一的要求就是聚合物助剂的极性必须足够高以保证它与水性环境的相容性。这类助剂并不一定要求是水溶性的,因为极性太高会影响涂料干膜的耐久性(例如耐水性)。代表这类助剂的典型产品是DISPERBYK-184,DISPERBYK-190,DISPERBYK-194N和DISPERBYK-198.