弥散过程
分散过程通常被认为由三个不同的阶段组成，这些阶段依次或同时发生。这些阶段是润湿，减少团聚大小或分离，和稳定。如果这些因素中的任何一个受到损害，分散系统将失去一些最佳性能。这种性质的下降可以表现为颜色发展或分散稳定性的丧失。
润湿
润湿阶段可以描述为使颗粒团块与研磨介质密切接触的过程。它涉及到气体、液体和其他污染物从颜料表面与研磨介质的优先位移。(2)分散剂可以极大地帮助这一过程，通过形成直接研磨介质/颜料界面来产生稳定的分散。在大多数情况下，大量的润湿过程可以在不使用机械能的情况下进行，特别是当使用适当、有效的分散剂时。
颗粒尺寸减小
这一阶段也被称为“分散”或反絮凝。它通常包括导致团聚尺寸减小的机械作用。最终的目标是一个颗粒大小的分布，表现出最佳的一套性质的颜料系统。
稳定
稳定过程也可称为控制絮凝。由于分散剂分子在运动，大多数分散剂中会有少量絮凝作用。然而，最好的分散剂将保持颜料颗粒分离，以防止相互作用，从而扭转通过适当的润湿和减小团聚尺寸所获得的特性。聚合物分散剂分子通过吸附到颜料颗粒上并提供防止颗粒团聚的屏障而起作用。
为了使分散完成，在达到最佳粒径分布时继续润湿阶段是很重要的。随着团聚体的不断破碎，需要对新的颗粒表面进行润湿，以避免团聚体的重组。正常的分散过程具有一定的可逆性，会发生一定数量的絮凝。
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分散机制
文献通常指出两种类型的稳定机制:电荷稳定和空间或熵稳定。(2)然而，本文介绍的聚合物分散剂也可以使用所谓的“电空间”稳定，这是两种众所周知的机制的设计组合。
电荷或静电稳定是带电分散剂分子优先吸附到颜料颗粒表面和周围介质中电荷层增厚的结果。(3)分散剂的选择会影响排斥能的大小，也会影响介质的离子特性。因此，静电稳定在高电解质条件下是容易和不稳定的。
空间位阻或熵稳定是分散剂结构的结果，其中一个功能基团或锚定基团对颜料表面具有很强的亲和力，并延伸到介质中是溶剂化的聚合物稳定链。(4)溶剂化链随着粒子的相互接近而失去自由度，这导致排斥力克服熵的变化。这种稳定方法不受高电解质条件的影响。
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电静电稳定器是两种传统稳定器的结合。它可以说是两种类型中最好的一种。
项目目标
该项目的目标是评估三种不同类型的聚合物分散剂，以确定它们在三个不同的案例研究中的性能。在这三项研究中，这些聚合物材料将与目前在分散工业中商业使用的竞争样品进行比较。
分散剂候选类型
本项目评估的候选人可分为三种类型。它们如下。
1型
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测试的第一类聚合物分散剂可被描述为非乳化分散剂，因为它不具有典型的表面活性剂的疏水/亲水结构。这些材料是专门设计作分散剂的。它们有一个锚定基团，与颜料表面有很强的特异性相互作用，还有一个聚合物稳定基团，与介质兼容并向外延伸，提供空间稳定。图1显示了这样的结构的一个例子，锚定组在一端，分支稳定链从它延伸。
2型
评估的2型聚合物分散剂是一种ABA三嵌段共聚物。在B链上有多个锚定点，具有良好的吸附性能。两个稳定尾(A链)延伸到介质中，以增加空间势垒的密度。图2显示了三块材料的一个示例。
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结果与讨论
研究1:有机颜料分散在非水性粘合剂中
进行了一项研究，检查了两种不同类型的分散剂在非水粘合剂与三种不同类型的有机颜料。用非水性粘合剂和颜料制成了三种不同的涂料。所有的油漆都使用了一种竞争性的分散剂，这种分散剂导致了颜料的分散问题。本研究采用1型阴离子聚合分散剂，配以非水性粘结剂和三种颜料;比较了使用竞争分散剂的涂料和使用1型阴离子聚合分散剂的涂料。
黄色颜料分散在非水性粘合剂中
本研究的第一部分介绍了分散在非水粘合剂中的黄色有机颜料的数据。分散剂添加到样品中，黄色颜料以17%的重量加载水平添加，表明是低固体型涂料。然后将样品以5000转/分的速度分散5分钟。
图4显示了基于所用颜料分散剂的两种涂料粘度的差异。温度点1为20℃下的粘度值，温度点2为50℃下暴露67 h冷却后的粘度值。
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而竞争分散剂在50ºC暴露67 h后粘度降低，样品在容器两侧和底部也有大量团聚。1型阴离子聚合分散剂在两种试验中粘度均较低，在20℃和50℃试验后容器内均无团聚现象。
橙色颜料1分散在非水性粘合剂中
研究的第二部分涉及分散有机橙色颜料(以下称为橙色颜料1)在相同的非水粘合剂。将分散剂添加到样品中，并以14%的重量加载水平添加橙色颜料1。添加后，油漆以5000转/分的速度分散5分钟。
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图6显示了在非水粘合剂中使用橙色颜料1制成的涂料的粘度测试结果。温度点1为暴露于更高温度前在20ºC下拍摄的粘度结果。温度点2为样品在50ºC下暴露50 h后的粘度结果。虽然两个样品暴露在50ºC 50小时后粘度增加，但竞争性分散剂显示出气体通常与粘合剂和颜料之间发生反应有关，而1型阴离子聚合分散剂保持流体状态，颜料和粘合剂之间没有反应迹象。
橙色颜料2分散在非水性粘合剂中
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研究的第三部分涉及分散另一种有机橙色颜料(以下称为橙色颜料2)在相同的非水粘合剂作为先前的颜料。分散剂添加到样品中，橙色颜料以14%的重量加载水平添加。添加完成后，涂料样品以5000转/分的速度分散5分钟。
图7显示了涂料在50ºC下暴露20小时后的结果。左边的样品(JEH-1-66A)显示了使用竞争对手分散剂分散的涂料中发生的反应性，而右边的样品(JEH-1-66B)在使用1型阴离子聚合分散剂分散涂料时没有反应性。
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96 h后涂料的稳定性如图8所示。左边的样品是橙色颜料2分散在非水粘合剂和竞争分散剂中的涂料，而右边的样品是橙色颜料2分散在1型阴离子聚合分散剂中。在左边的样品中，颜料和粘合剂之间的分离非常明显。在右边的样品中没有看到粘合剂和颜料的分离。两种样品都保留了原来的颜色。
研究2:无机颜料在水性粘合剂中的分散
一项研究检查了两种不同的颜料分散剂在无机颜料含水粘结剂中的性能，该粘结剂的颜料负载重量大于70%。目前使用的分散剂竞争性分散剂2不能充分分散颜料，导致容器底部形成硬结块;或者从粘合剂中分离出颜料。1型聚合物分散剂被用来克服这些问题，在高颜料负载水系统。
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颜料的添加量按重量装载水平的70% +，而每种分散剂的添加量按重量装载水平的2%。在添加颜料后，根据颜料分散的难度，颜料以1500到4000 rpm之间的范围分散。所有样品分散5分钟。
表1所示的结果表明，使用竞争分散剂2的着色剂在高负载水平下使用时，无法完全分散无机红铁氧化铁颜料。
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| 图9点击放大 |
样品显示出粘结剂中颜料的硬填料和位移。1型聚合分散剂能够分散水性粘结剂中的氧化铁红色素，并保持其分散而不与粘结剂发生位移。
图9显示了两种着色剂在不同温度点上的粘度测量值。温度点1为每个样品分散冷却后的初始粘度。温度点2是在70ºC下暴露5天后进行的粘度测量，然后冷却。温度点3为室温(20ºC) 5天后。
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| 图10 - 11点击放大 |
竞争分散剂2的样品在测试开始时粘度更大，并持续上升，样品停留的时间越长，粘度越高。1型分散样品显示，随着时间的推移，着色剂的粘度下降，没有增加结块或从粘合剂中析出颜料。
图10中的照片显示了竞争性分散剂2着色剂在70ºC暴露5天后发生的分离。
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| 图12点击放大 |
图11显示，在70ºC恒定暴露5天后，颜料和粘结剂之间没有发生分离。
研究3。颜色发展和粘度研究
粘度和颜色发展的研究是在实验室用4盎司的油漆罐完成的。罐子里装满了研磨介质和适当类型的聚合分散剂。在混合过程中慢慢加入颜料或金属氧化物，以确保所有的固体都被浸湿。此时加入陶瓷珠进行研磨。
然后将混合物放在Red Devil摇漆器上1小时，每15分钟除去样品。仅对1小时的样品进行粘度测试，而对每15分钟除去的样品进行显色评估。
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| 图13点击放大 |
完成的粘度研究结果表明，使用其中一种聚合分散剂具有显著优势。在图12中，使用1型聚合物分散剂的粘度优势很明显。因此，配方剂将能够显著增加固体负载，并且仍然具有可用的最终粘度。
在图13和图14中，100%的颜色显影值是由对照或竞争样品的60分钟研磨设定的。在这两种情况下，使用3型聚合物分散剂可以很快达到100%以上的显色率。因此，显而易见的是，除了显色能力更高外，在这些评估中，3型聚合物分散剂还具有节省成本的潜力，可以在更短的时间内达到相同或更好的显色效果。因此，生产商将有两种潜在的方法来节省成本。
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| 图14 |
结论
在本研究中，对三种聚合物分散剂进行了评价。每种类型都在应用程序测试中显示了实用性。已经证明，这些材料提供了改进的润湿性和分散性，从而导致有效的铣削，可以提供更大的颜色发展或更高的生产率和节能。
研磨后粘度较低也是这些高分子材料的一个特点。这种粘度优势导致了更高的固体载荷，从而提高了生产率，降低了库存要求。
此外，与聚合物材料生产的分散体的改善稳定性提供了更长的货架寿命，因此降低了存储损失。
这篇论文发表在新奥尔良举行的第38届年度水上研讨会上。
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