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| 粉体专用超分散剂的研究及应用现状 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-05-07 10:54:14 浏览次数： |
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1 前言
（中国粉体技术网/班建伟）超分散剂是一类新型高效的聚合物型分散助剂，克服了传统分散剂在分子结构上的局限性。超分散剂又称高分子分散剂，是分子量在1000～10000之间的高效聚合物型分散剂。它与传统的表面处理剂和分散剂相比有如下优势:①超分散剂用锚固基团代替表面修饰剂上的亲水基团，吸附为不可逆吸附，难发生解吸;②以聚合物溶剂化链取代表面修饰剂上的亲油基团，链长可调，可起到有效的空间稳定作用;③可形成极弱的易于活动的胶束，能迅速移向颗粒表面而起到润湿保护作用。因此，超分散剂广泛用于颜料分散剂、混泥土外添剂、陶瓷分散剂、水煤浆、钻井泥浆、化妆品、食品添加剂、药物和生物技术等领域。
2 超分散剂的作用机理
超分散剂的作用机理主要是通过增大高分子吸附层厚度来增加空间位阻作用，其优点在于位阻机制在水和非水介质中都有效，并且位阻稳定是热力学稳定。所以，与传统分散剂相比，分散效果大幅提高。其作用机理就是通过锚固基紧紧地吸附在固体颗粒表面，然后通过溶剂化链在固体颗粒表面形成足够的空间位阻使得固体颗粒分开，维持稳定的分散状态。如下图1所示。
3 超分散剂的研究现状
国外从事超分散剂研究的主要公司有ICI、KVK、DuPont、BASF及Sun Chemical，其中ICI的产品较多，影响较大。国内最早由国家超细粉末工程研究中心、上海华明超细新材料有限公司和华东理工大学技术化学物理研究所共同研制和开发了WL系列超分散剂，现在有众多高校也加入了超分散的研究行业。经过几十年的努力，超分散剂得到了很大的发展，在超细颗粒、颜料、和染料等领域都得到了广泛的应用。
3.1 超分散剂在超细颗粒中的应用
超细粉体以其独特的表面效应、小尺寸效应和量子效应等，在国民经济的所有行业中都有广泛的应用，而为了获得综合性能优异的材料，提高粉体的分散性是很有必要的。虽然传统的分散剂(表面活性剂)在水性介质中有很好的分散效果，但其对固体颗粒在非水体系中的分散性能却较差。
(1)CaCO3
李等以丙烯酸(AA)、甲基丙烯磺酸钠(SMAS)和马来酸酐(MAn)为单体聚合制备出一种超分散剂。利用该分散剂所制得的质量分数为52%的纳米碳酸钙浆液黏度低、分散均匀，静置3个月无明显变化，说明自制超分散剂对纳米碳酸钙具有良好的分散效果，可应用于高固含量的纳米碳酸钙浆液的制备。高等通过调节共聚单体丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)、马来酸酐(MAn)的摩尔比与引发剂种类及其用量，合成了一系列低分子质量的聚丙烯酸钠超分散剂。合成的超分散剂GCC-44对重质碳酸钙悬浮液有较好的降黏作用和分散稳定性。郑等研究了聚羧酸类分散剂对超细Ca-CO3粉体的吸附行为研究，结果表明该分散剂在CaCO3粉体表面的吸附属于langumuir型单分子层吸附，SDA-30在CaCO3表面的饱和吸附量随粉体目数的增加和温度的降低而增大。
(2)CaSO4
王等以马来酸酐(MAH)为锚固基团，苯乙烯(St)为功能基团，十二烷基丙烯酸酯(LA)为溶剂化链合成的三元共聚物为SML超分散剂。考察了其改性超细CaSO4粉体后的活化指数，同时探讨了SML超分散剂对PE(聚乙烯)/超细能的影响，最后通过SEM观察了复合材料断面形貌。结果表明，SML超分散剂优于F-2分散剂。王等以硅烷为锚固基团(A段)，丙烯酸丁酯为溶剂化链(B段)，合成了超分散剂YB系列，研究了它对微细CaSO4粉体在液体石蜡中的沉降体积和粘度的影响。结果表明，YB系列超分散剂对CaSO4粉体有很好的分散和降粘作用，同时通过对改性前后粉体的扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)检测，对比显示改性后的CaSO4粉体表面连接了有机基团。吴等采用自制合成的超分散剂改性CaSO4粉体，并通过熔融共混的方法制备了高密度聚乙烯/硫酸钙复合材料。研究结果表明在YB超分散剂用量为1.2%，高密度聚乙烯填充量为30%时，相比未改性时的填充，复合材料的弯曲模量和弯曲强度提高了37.6%、6.8%，而拉伸强度、冲击强度分别提高了9.8%、45.9%。
(3)SiO2
肖等研究了超分散剂PSE加入前、后pH值变化对超细SiO2分散稳定的影响。研究结果表明，当超分散剂质量浓度为1.6mg/L时最有利于SiO2分散。李等采用马来酸聚乙二醇(200)单甲醚单酯(MA-PEO)与丙烯酸(AA)共聚制备了一种含聚醚侧链聚羧酸分散剂(PAMA)，研究了该分散剂对SiO2微粉分散稳定性能，并与聚丙烯酸钠(PAANa)、聚乙二醇(PEG4000)进行对比。结果表明，该分散剂的分散稳定效果优于PAANa、PEG4000分散剂的分散稳定效果。沈等发现衣康酸(IA)、烯丙基磺酸钠(SAS)和甲基丙烯酸(ME)可通过自由基共聚反应制备具有两亲结构的水溶性超分子分散剂(SP-MIS)。研究表明，分散剂中含有大量的-OH、-SO3H，当添加量为0.40%时，分散效果最好。
(4)其它粒子
郑等用羧甲基纤维素钠(Sodium Carbonxymethyl Cellulose，CMC)与硅微粉复合作为超分散剂，研究了碳纤维增强水泥复合材料，此法可有效地对碳纤维进行分散，所得CFRCC材料7d的抗折和抗压强度分别提高了31.22%和41.25%。武等合成了以聚12-羟基硬脂酸为溶剂化链，四乙烯五胺为锚固基团的“梳形”超分散剂t-PTHSA，并将其用于聚乙烯/高岭土复合材料。超分散剂对聚乙烯/高岭土复合材料的力学性能具有明显的增强效果和分散作用。李等研究了超分散剂BYK对纳米碳管增强环氧树脂复合材料影响。结果表明，随着超分散剂含量的不断升高，纳米碳管的分散性能提高，体系的模量上升的作用大于使模量下降的增韧作用，体系的模量开始上升。
通过对Al2O3粉表面性能研究，确定丙烯酸铵-丙烯酸甲酯聚合物作为分散剂。分散剂分子附着在粒子表面，在粒子表面形成同种电荷的双电层，达到静电稳定作用，同时通过高分子链的空间位阻作用，防止陶瓷料浆中粉体颗粒聚集，达到分散效果。
3.2 超分散剂在染料、颜料和油墨中的应用
涂料、颜料和油墨等在生产中都会遇到分散问题，分散效果对产品的质量如光泽、着色强度、透明度等有很大影响。孙等以蓖麻油酸、1，2-羟基硬脂酸等为原料，在催化剂和保护气体存在下，合成聚羟基羧酸酯，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剂。该超分散剂适用于铜酞菁、多氯酞铜酞菁等染料，应用于油墨和涂料，效果良好。何等基于超分散剂的构思，设计合成了一类以脲基为桥基的染料聚醚衍生物，并探讨其对母体分散染料的分散和应用性能。试验结果表明，合成的超分散剂对其母体分散染料具有较好的分散效率，自制的分散体系应用性能可达到或优于商品染料。
孙等应用自制的超支化聚(酰胺-酯)分散剂(Hyperbranched polyesteramides dispersant，HPD)制备超细涂料，并涂料染色。实验结果表明，较优实验条件下，颜料粒径可达210nm，体系离心稳定性达83.4%，粘度保持在1.87～1.88mPa·s，涂料染色织物较浅，皂洗牢度较好。王等采用甲基丙烯酸聚乙二醇单酯与(甲基)丙烯酸类单体进行共聚，制备了一种水性支链型超分散剂。测试结果表明，这种分散剂对颜料的分散性能、稳定性能均优于传统聚合物分散剂，是一种性能优良的新型分散剂。王等合成了新型的(含氟)丙烯酸类聚合物分散剂，采用了添加甲基丙烯酸十二氟庚酯和丙烯酸六氟丁酯单体的方法引入含氟基团。测试表明，添加5%质量分数的甲基丙烯酸十二氟庚酯所合成的聚合物分散剂，其对颜料的分散性能、稳定性能均优于传统聚合物分散剂。
4 展望
国外从上世纪70年代初开始对超分散剂进行研究，国内从90年代开始有超分散剂的相关报道。尽管国外对高分子研究起步较早，研究多，但大多适用于油溶体系。目前，国内外对水性体系的研究较少，而由于对环保要求的逐步提高，颜料色浆用溶剂逐渐由油性体系过渡到水性体系，水性体系用高分子分散剂将成为研究的热点。因此水性体系用高效超分散剂和天然高分散剂将会是研究的热点。同时，目前国内对于超分散剂的作用机理、超分散剂的分子量及分子量分布等基础理论方面的探讨比较薄弱，需要进一步深入。以确定不同分子量超分散剂的应用领域。
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