超分散劑

傳統分散劑其分子結構存在某些局限性：親水基團在極性較低或非極性的顆粒表面結合不牢靠，易解吸而導致分散后離子的重新絮凝；親油基團不具備足夠的碳鏈長度（一般不超過18個碳原子），不能在非水性分散體系中產生足夠多的空間位阻效應起到穩定作用。為了克服傳統分散劑在非水分散體系中的局限性，開發了一類新型的超分散劑，對非水體系有獨特的分散效果，它的主要特點是：快速充分地潤濕顆粒，縮短達到合格顆粒細度的研磨時間；可大幅度提高研磨基料中的固體顆粒含量，節省加工設備與加工能耗；分散均勻，穩定性好，從而使分散體系的最終使用性能顯著提高。

超分散劑克服了傳統分散劑在非水分散體系中的局限性。與傳統分散劑相比，有以下特點：

（1）在顆粒表面形成多點錨固，提高了吸附牢度，不易解吸；

（2）溶劑化鏈比傳統分散劑親油基團長，可起到有效的空間穩定作用；

（3）形成極弱的膠囊，易於活動，能迅速移向顆粒表面，起到潤濕保護作用；

（4）不會在顆粒表面導入親油膜，從而不致影響最終產品的應用性能。

超分散劑的分子結構分為兩部分：其中一部分為錨固基團，常見的有一R2N、一R3N+、一COOH、一COO-、一SO3H、一SO2-、一PO42-.多元胺、多元醇及聚醚等，它們可通過離子鍵、共價鍵、氫鍵及范德華力等相互作用緊緊地吸附在固體顆粒表面，防止超分散劑脫附；另一部分為溶劑化鏈，常見的有聚酯、聚醚、聚烯烴及聚丙烯酸酯等，按極性大小可分為三種：低極性聚烯烴鏈；中等極性的聚酯鏈或聚丙烯酸酯鏈等；強極性的聚醚鏈。在極性匹配的分散介質中，溶劑化鏈與分散介質具有良好的相容性，在分散介質中採取比較伸展的構象，在固體顆粒表面形成足夠厚度的保護層。

超分散劑作用機理包括錨固機理和溶劑化機理兩部分。

錨固機理

①對具有強極性表面的無機顆粒，如鈦白、氧化鐵或鉛鉻酸鹽等，超分散劑只需要單個錨固基團，此基團可與顆粒表面的強極性基團以離子對的形式結合起來，形成 "單點錨固"。

②對弱極性表面的有機顆粒，如有機顏料和部分無機顏料，一般是用多個錨固基團的超分散劑，這些錨固基團可以通過偶極力在顆粒表面形成"多點錨固"。

③對完全非極性或極性很低的有機顏料及部分炭黑，因不具備可供超分散劑錨固的活性基團，故不管使用何種超分散劑，分散效果均不明顯。此時需使用表面增效劑，這是一種帶有極性基團的顏料衍生物，其分子結構及物理化學性質與分散顏料非常相似，它能通過分子間范德華力緊緊地吸附於有機顏料表面，同時通過其分子結構的極性基團為超分散劑錨固基團的吸附提供化學位，通過這種"協同作用"，超分散劑就能對有機顏料產生非常有效的潤濕和穩定作用。

溶劑化機理

超分散劑的另一部分為溶劑化聚合鏈，聚合鏈的長短是影響超分散劑分散性能的一個重要因素。聚合鏈長度過短時，立體上效應不明顯，不能產生足夠的空間位阻; 如果過長，將對介質親和力過高，不僅會導致超分散劑從粒子表面解吸，而且還會引起在粒子表面過長的鏈發生反摺疊現象，從而壓縮了立體障礙的位阻或者造成與相鄰分子的纏結，最終發生粒子的再聚集或絮凝。

按照溶劑化鏈的單元結構，超分散劑可以大致分為以下四種類型：

溶劑化鏈一般通過羥基酸縮聚或內酯化合物開環反應製得，其端基類型及分子量可通過外加單元羧酸或單元醇來控制。工業上較易得到且適合上述聚合反應的羥基酸及內酯化合物非常少見，較為實用的只有12-羥基硬脂酸及ε-已內酯兩種。在羥基酸及內酯化合物的聚合過程中，用脂肪酸或樹脂作封端劑，可以得到端羧基聚酯。該聚酯在某些情況下可直接用作超分散劑（如用於金屬氧化物粉末在芳烴溶劑中的分散)，也可以通過一定的化學反應與錨固基團相連。例如，端羧基聚酯可以和多元胺及醇胺類物質反應生成以一C一NH一或一C一0—為橋基、以胺為錨固基團的超分散劑。該超分散劑還可以與礦物酸、有機羧酸及顏料磺化衍生物反應，將錨固基團轉變為胺鹽。也可以和硫酸二甲酯、硫酸二乙酯等烷基化試劑反應將錨固基團轉變為季銨鹽。合適的多元胺或醇胺類物質的例子有多乙烯多胺、N,N-二甲基氨基丙胺、十八氨基丙胺、二乙基乙醇胺等。

端羥基聚酯可以通過端羧基聚酯與環氧化物的反應製得，也可以以單元醇為調聚劑，經羥基酸縮聚或內酯化合物開環反應製得。端羥基聚酯與錨固基團之間的連接一般以多異氰酸酯為中介物質。如果多異氰酸酯的官能團數為m，則它在與等量的端羥基聚酯反應后，會在溶劑化鏈末端形成（m一1〉個一NCO基團。一NCO本身可以用作錨固基團，也可以與氮氣、雙氰酸胺及2-硫基-1，4-二酸等物質反應，將錨固基團分別轉變成脲基、氰基和羧基。

聚醚型超分散劑

溶劑化鏈主要是環氧乙烷、環氧丙烷、四氫呋喃等物質的均聚物與共聚物，其中主要包括環氧乙烷與環氧丙烷的共聚物。這類超分散劑的合成可以用錨固基團為起始劑，在加熱、加壓及催化劑存在的條件下，通過環醚物質的開環反應製得。例如，用二乙基乙醇胺作起始劑時，得到的下列結構的超分散劑對無機顏料在醇、醚等強極性介質中的分散具有非常好的效果。

聚丙烯酸酯型超分散劑

丙烯酸酯單體的選擇範圍非常廣泛，其溶劑化鏈的極性與溶解度參數可以通過改變共聚單體的投料比方便地進行調節，因此適用範圍較廣。為了得到單官能團化的溶劑化鏈，一般選用巰基酸、巰基醇等物質作為鏈轉移劑。溶劑化鏈的相對分子質量可以通過改變引發劑與鏈轉移劑的用量來進行控制。得到的端羧基或端羥基聚丙烯酸酯，其後續反應過程與聚酯型溶劑化鏈完全相同。

聚烯烴類超分散劑

端基聚異丁烯是其最為重要的代表。該類超分散劑在烴類介質中具有優異的分散效果，有時可使分散體系中固體顆粒的體積分數達到65%以上，而分散體仍然保持適中的操作黏度。

按實際使用性質，可分為三類：

水性分散劑，油性分散劑，水性油性通用分散劑。

按其結構來區分，可分為6種

陰離子型，陽離子型，非離子型，兩性型，電中性型，高分子型（包括高中低分子量）。

陰離子型

表面活性劑大部分是由非極性帶負電荷的親油的碳氫鏈部分和極性的親水的基團構成。兩種基團分別處在分子的兩端，形成不對稱的親水親油分子結構。它的品種有；油酸鈉，羧酸鹽、硫酸酯鹽（R-O-SO3Na）,磺酸鹽（R- SO3Na），等等。陰離子分散劑相溶性好，被廣泛應用。

陽離子型

是非極性基帶正電荷的化合物。品種有十八碳烯胺醋酸鹽。烷基季銨鹽、氨基丙胺二油酸酯、季胺鹽、特殊改性的多氨基醯胺磷酸鹽等。陽離子表面活性劑吸附力強，對炭黑、各種氧化鐵、有機顏料類分散效果較好，但要注意其與基料中羧基起化學反應，還要注意不要與陰離子分散劑同時用，使用應慎重。

非離子型

不能電離、不帶電荷。在顏料表面吸附比較弱，主要在水系塗料中使用。品種有脂肪酸環氧乙烷的加成物C17H33COO（CH2 CH2O）nH、聚乙二醇型多元醇和聚乙烯亞胺衍生物等。它們的作用是降低表面張力和提高潤濕性。如果添加一些有機硅氧烷就可以防止發花、浮色和改善流平的作用。

兩性型

是由陰離子和陽離子所組成的化合物。典型應用的是磷酸酯鹽型的高分子聚合物。這類聚合物酸值較高，會影響層間附著力。應該注意。

電中性型

是分子中陰離子和陽離子有機集團的大小基本相等，整個分子呈現中性但卻具有極性。品種有：油氨基油酸酯

高分子型（包括高中低分子量）

而其中最為高檔和最為穩定要屬高分子型，例如：a.多已內配多元醇-多乙烯亞胺嵌段共聚物，b.多已內酯再與三乙烯四胺的反應物，c.用基團轉移聚合，先加甲基丙烯酸酯，再加甲基丙烯酸失水甘油酯製成的丙烯酸酯高分子。d.多羥基硬脂酸製得的低分子量聚酯，引入錨定基團製得的各種聚氨酯和聚丙烯酸酯。等等，由於它們的錨定基團一頭與樹脂纏繞吸附，另一頭又與顏料粒子包附。因此貯存穩定性是比較好的，當然也要注意不要用太強的溶劑，因為溶劑太強在高剪切力的情況下，會把這些高分子的超分散劑的錨定鏈溶解，進而引起顏料返粗絮凝。

含取代氨端基的聚酯分散劑

用於分散顏料的接枝共聚物分散劑

聚酯類分散劑

低聚皂類分散劑

水溶性高分子分散劑

酞菁顏料的分散劑。