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靜電穩(wěn)定與位阻穩(wěn)定分散劑的原理機制和作用

作者: 精顏化工    日期: 2024-11-01    點擊量:     文字大小:      

靜電穩(wěn)定與位阻穩(wěn)定:分散劑在顏料分散中的重要作用

在顏料分散的過程中,穩(wěn)定性是確保涂料和色漿質(zhì)量的關(guān)鍵因素。靜電穩(wěn)定和位阻穩(wěn)定是兩種常用的穩(wěn)定機制,分散劑在其中發(fā)揮著重要作用,幫助防止顏料顆粒的聚集和絮凝,確保最終產(chǎn)品的均勻性和穩(wěn)定性。本文將深入探討靜電穩(wěn)定和位阻穩(wěn)定的原理及其應(yīng)用。


靜電穩(wěn)定原理

在靜電穩(wěn)定中,分散的固體顆粒表面因離子的選擇性吸附而帶電,使得相鄰的液體層中充滿反電荷。根據(jù)Stern模型,顆粒表面形成的雙電層包含一個吸附層和一個擴散層。當兩個顆粒相互靠近時,雙電層的相互作用會帶來電荷間的排斥或吸引:帶相同電荷時顆粒排斥,帶相反電荷時吸引。DLVO理論進一步描述了靜電作用力和范德華吸引力之間的關(guān)系。


分散劑能顯著影響顏料顆粒的表面電荷,通過引入強電荷產(chǎn)生高排斥勢能,從而有效抑制絮凝。聚電解質(zhì)類分散劑,如聚磷酸鹽和聚丙烯酸鹽,具有穩(wěn)定的聚合物結(jié)構(gòu),能長久吸附于顏料表面,并帶來較高的表面電荷。由于水的高介電常數(shù),靜電穩(wěn)定機制在水性體系中表現(xiàn)最佳。然而,在有機溶劑中,由于電荷較弱和雙電層厚度減小,靜電穩(wěn)定效果不如水性體系明顯。


除了介電常數(shù),溶液中的離子濃度和離子價數(shù)也影響雙電層的穩(wěn)定性。例如,高濃度的多價離子會削弱甚至破壞電荷穩(wěn)定機制。


帶負電荷的顆粒周圍的雙電層

帶負電荷的顆粒周圍的雙電層,吸附層(Stern層)和擴散層


位阻穩(wěn)定原理

不同于依靠電荷的靜電穩(wěn)定,位阻穩(wěn)定通過吸附在顆粒表面的聚合物層產(chǎn)生排斥勢能。每個顆粒都被一層溶劑化的聚合物分子包裹,當兩個顆??拷鼤r,聚合物層之間發(fā)生重疊,導致滲透壓將溶劑推入重疊區(qū)域,從而使顆粒相互排斥。由于聚合物分子在重疊區(qū)域內(nèi)的構(gòu)型被限制,熵降低產(chǎn)生額外的排斥力,從而增強分散穩(wěn)定性。


對于實現(xiàn)有效的位阻穩(wěn)定,所選助劑通常具備兩個關(guān)鍵特征:

  1. 顏料親和基團:幫助助劑強力吸附于顏料顆粒表面。
  2. 基料相容鏈段:在吸附后從顏料表面延伸至溶劑中,形成穩(wěn)定的聚合物保護層。

聚合物鏈段良好的溶劑化是實現(xiàn)穩(wěn)定的關(guān)鍵。在不相容的基料中,聚合物鏈段會卷曲,從而降低分散劑的有效性。因此,在選擇分散劑時需特別注意其與基料的相容性。


被助劑分子所吸附的顏料

當顏料顆粒互相接近時,聚合物鏈段相互滲透,從而帶來位阻穩(wěn)定


靜電穩(wěn)定與位阻穩(wěn)定的應(yīng)用對比

  • 水性體系:靜電穩(wěn)定更適用于水性體系,如乳膠漆中廣泛使用的聚磷酸鹽和聚丙烯酸鹽分散劑。聚磷酸鹽與多價離子(如鈣離子)具有良好的絡(luò)合作用,能減少離子對穩(wěn)定性的影響。
  • 非水性體系:位阻穩(wěn)定在非水性體系中表現(xiàn)更佳,因其不依賴于高介電常數(shù)。通過基料相容鏈段的作用,位阻穩(wěn)定既能防止絮凝,還能提供顏料潤濕效果。因此,一些含有顏料親和基團和基料相容鏈段的助劑既可用作分散劑,也可作為潤濕劑,無需額外添加潤濕助劑。

結(jié)論

靜電穩(wěn)定和位阻穩(wěn)定分別在水性和非水性體系中發(fā)揮重要作用。靜電穩(wěn)定依賴于雙電層電荷的排斥,而位阻穩(wěn)定則依賴聚合物層的溶劑化和擴展。選擇合適的分散劑時需考慮體系的特性、基料的兼容性及離子濃度等因素,以確保穩(wěn)定的分散效果。

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