湿润分散剂理论涂料与油墨制造过程中的颜料分散是指在机械力的作用下，颜料的二次团粒径经过润湿、粉碎、分散在展色剂中，得到一个分散悬浮体。

悬浮体的稳定性与颜料、树脂、溶剂三者的性质及其相互作用有关。

要想制备一个良好的颜料分散体有时必须要借助于湿润分散剂的帮助。

润湿、粉碎、分散这三个过程是紧密相连不可分离的。

润湿是一个颜料表面置换工程，粉碎是机械加工的研磨过程；分散是机械粉碎制成悬浮体的稳定过程。

这三者有可能是同时进行的，不易分割。

湿润剂和分散剂都是界面活性剂，湿润剂能降低液 / 固之间的界面张力，增强颜料的亲液性，提高机械研磨效率。

分散剂吸附在颜料的表面上构成电荷作用或空间位阻效应，使分散体处于稳定状态。

“湿润和分散”尽管这两个词就词义而言是不完全相同的，但其作用达到的结果却是极其相似的，往往很难区分，尤其是高分子分散剂，同时兼具润湿和分散作用，因此，人们常称其为湿润分散剂。

•颜料的润湿性颜料润湿是一个表面置换工程，由固 / 气界面变成固 / 液界面，只有在颜料与树脂溶液的亲合力大于基料中树脂之间的亲合力时才会实现。

•接触角与润湿当液体与固体接触时会形成一个夹角，这个角被称之为接触角，它是液体对固体润湿程度的一个衡量标志。

杨氏方程表示了接触角与界面张力的关系。

γ SG = γ SL + γLG cos θ（ 1 ）式中：γ SG ——固 / 气界面张力γ SL ——固 / 液界面张力γ LG ——液 / 气界面张力θ——液体与固体的接触角由（ 1 ）式可导出（ 2 ）式（ 2 ）当γ SG < γ SL ， cosθ＜ 0 ，θ＞90 °。

不润湿当θ等于180 °时，完全不润湿会形成水珠滚动现象。

当γ LG ＞γ SG －γ SL ，则 1 ＞ cosθ＞ 0 ，θ＜90 °。

液体可以润湿固体，但不会完全润湿，铺展不好。

当γ LG = γ SG —γ SL ，则 cosθ=1 ，θ =0 °。

液体会完全润湿固体，形成良好的铺展现象。

既然润湿是颜料由固 / 气界面换或固 / 液界面，所以润湿效率 BS 应为：BS= γ SG －γ SL （ 3 ）若将（ 3 ）式代入（ 1 ）式，润湿效率则为：BS= γ LG cosθ（ 4 ）因为γLG 和θ角都可以测定出来，所以润湿效率是可以计算的。

但计算时要注意修正。

•影响润湿效率的其它因素影响润湿效率的除界面张力和接触角外，还有颜料集合体中孔隙度的孔径和深浅，树脂基料的黏度。

Washborre 用公式表示了颜料粒子润湿的初始阶段，各种因素与润湿效果的关系。

润湿效率=K · γF1 · cosθ · γ 3 / η L （ 5 ）式中： K ——常数；γF1 ——基料的表面张力；γ——颜料颗粒中的孔隙半径；L ——颜料颗粒中的孔隙长度；η——基料黏度。

（ 5 ）式中的“ γF1 · cosθ”就是（ 4 ）式所述的润湿效率。

除此之外， Washborre 把颜料粒子的状态、孔隙度的大小及深浅，还有树脂基料的黏度等与润湿效率结合起来了。

综上分析，颜料润湿缓慢的原因：（ 1 ）扩散压力非常小（界面张力高，如疏水性颜料在水中分散）。

（ 2 ）颜料颗粒中的孔隙度的孔径小而深（微粒颜料高密度充填的粒子，如凝聚体颜料粒子）。

（ 3 ）基料黏度高（与研磨粉碎相反，在高黏度下可获强的剪切力，能提高研磨效率，但对制备高浓度颜料色浆却不利）。

（ 4 ）要提高润湿效率，采用湿润分散剂降低界面张力，减小接触角是一个非常有效的方法。

•颜料分散体的稳定性分散体稳定性差主要表现在颜料分散粒子产生絮凝和沉降。

这对涂料和油墨的光泽、着色力、遮盖力、耐候性会产生极大的影响。

同时还会导致涂料浮色发花、开罐质量不佳，出现浮油、分层、沉淀等不良现象。

•比表面积与稳定性的关系颜料颗粒被机械粉碎成小粒子时，比表面积增加了，设颗粒的边长为 L ，粉碎后小粒子的边长为Ⅹ。

那末小粒子的个数为： L 3 /X 3 （个）那末粉碎后小粒子的总面积为：6X 2 · L 3 /X 3 =6 · L 3 /X 。

假设把一个边长 5 μm 的大颗粒粉碎成边长为 0.5 μm 的小粒子。

粒子的个数、比面积、边、角的变化如表 1 所示。

表 1 边长由 5 μ m 变成 0.5 μ m 总面积边角等的变化情况边长 /μm 粒子个数 / 个总边长 /μm 总面积 /(μm) 2 总角数 / 个5 1 5 × 12=60 5 × 5 × 6= 150 80.5 10 × 10 × 0..5 × 12 × 0.5 × 0.5 × 6 × 8 × 1000= 800010=1000 1000=6000 1000=1500由表 1 可知，由一个边长 5 μm 的大粒子变成边长 0.5 μm 小粒子时，角增加了 1000 倍，边长增加了 100 倍，面积增加了 10 倍。

颜料粒子表面原子的价力饱和程度是有差异的。

在棱、角、边及凹凸部位剩余价力较多，吸附力较强，具有很强的凝聚力。

另外，就热力学而言，粒子变得越小，比表面积 (S) 变得越大，比表面自由能就越大，假分散体内部的自由能没有变化，分散系的自由能就受 G s =rS 支配。

表面张力 (r) 不会变，比表面积增大，表面自由能肯定增大，所以稳定性就变差了。

机械粉碎后微粒新增加的面积、边、角都是疏液的，若得不到润湿及很好的能障保护，这些新粉碎的细小微粒更容易产生絮凝。

•颜料沉降颜料分散体中的颜料粒子是处于不停的运动状态，运动的速度是受粒径、形状、密度、絮凝度等诸多因素影响。

在无限扩展的牛吨流体分散系中，单一球型粒子的沉降速度可用Stokes 公式求出：（ 6 ）式中：υs ——是等速运动的终点速度；α——粒子半径；ρ——分散相的密度；ρ°——分散价质的密度；g ——重力加速度。

Kresse 将 Stokes 公式简化成（ 7 ）式：（ 7 ）可用该式探讨设计涂料的配方中的颜料是否有浮色的倾向，以便制定防止措施。

比如用醇酸树脂、 TiO 2 和 Fe 2 O 3 制浅红色漆。

醇酸树脂密度 0.98 g /cm 3TiO 2 密度 4.20 g /cm 3 ，细度 0.25 μmFe 2 O 3 密度 5.00 g /cm 3 ，细度 0.05 μmTiO 2 的沉降速度， (4.2 －0.98) × 0.25 2 =0.2005Fe 2 O 3 的沉降速度， (5 －0.98) × 0.05 2 =0.01005二氧化钛的沉降速度大的是铁红的 20 倍，如果处理不当会浮红，表面颜色变深。

如果色浆配方设计合理，选用恰当的醇酸树脂浓度或者使用适宜的湿润分散剂，该颜料分散体系还是比较稳定的。

制造天蓝色油漆时，经常采用二氧化钛与酞菁蓝组合，该分散体的稳定非常差，经常出现浮色、发花现象。

其原因是二氧化钛密度高，粒径比较大，运动速度缓慢。

酞菁蓝密度低，粒径小，运动速度快。

当 TiO 2 沉降，酞菁蓝处于分散状态时，会浮蓝。

因酞菁蓝运动速度快，碰撞几率大，若没能障保护，易于产生絮凝，颗粒变大，发生沉降，则出现浮色现象。

所以在这个体系中浮蓝、浮白或者发花是不固定的。

比较有效的控制办法是选择适宜的二氧化钛，配合恰当的湿润分散剂。

比如以 R-830 二氧化钛配合国产的酞菁蓝，再以 Tego Glide 450 流平剂为润湿剂，以 Tego Dispers 610 为分散剂，颜料混合后共同上磨研磨，可大大改善浮色发花问题。

在分散体系中沉降和布朗运动并不是等量运动。

沉降会产生浓度差，布朗扩散运动会使其均一化。

若沉降速度过大，就会出现沉降体积，出现浮色、发花等不良现象。

要减少沉降速度，只有减小粒径，粒径变小又会出现热力学不稳定现象，为克服这些弊病只有借助于湿润分散剂的帮助。

•分散体系的稳定机理分散体系稳定机理主要有电荷斥力学说和空间位阻学说。

• DLVO 理论颜料粒子在水性分散体中，甚至在油性分散体中会因不同原因而带电。

由于粒子带电，在粒子界面的周围必然会吸附等量的反电荷，形成双电层结构。

DLVO 理论是在扩散双电层基础上建立起来的理论，它是电荷斥力学说的中心，解释分散体系稳定的原因主要有两点：（ 1 ）胶粒间引力是范德华力，因胶粒是由许多分子集聚而成，胶力间的引力是所有分子引力的总和，这种粒子间的引力是远程作用的范德华力，用 V A 表示。

它与距离的 3 次方成反比。

与一般分子间的引力与距离的 6 次方成反比不同。

（ 2 ）粒子间相互排斥的力是由带电粒子产生的，用 V R 表示。

我们可以把一个带电粒子形成的双电层看成四周为离子氛包围的带电粒子，如图 1 所示。

图 1 离子氛重迭图中粒子带正电荷，虚线表示正电荷作用的范围，由于离子氛中反离子的屏蔽效应，虚线以外就不受电荷影响，当两个粒子接近时，如果离子氛尚未接触，粒子之间并无排斥作用。

当粒子相互接近到离子氛产生重迭时，重迭区离子浓度变大，破坏了原先电荷分布的对称性，导致离子氛中电荷重新分布。

即离子从浓度较大的重迭区域向外扩散，其结果正电荷粒子产生斥力，使相近的粒子脱离，理论证明这种斥力为粒子间距离指数函数。

其斥力用 V R 表示。

当分散系中带相同电荷的粒子相互接近时体系的的总能量 V 为 V A +V R 。

随着距离的缩短 V A 增加， V R 亦增加，但两个能量的方向是相反的（见图 2 ）。

图 2 粒子间相互作用的电热能曲线图由图 2 可知，单个粒子相距较远时，离子氛尚未重迭，只有引力起作用。

就是图中的第二极小区域，总势能为负值。

这时粒子间相吸产生的絮凝物是松软的可逆的。

随着距离缩短，离子氛重迭，如图 1 （ b ）所示，斥力开始出现，总势能逐渐上升为正值。

但此时引力也随距离变小而增大。

在一定距离出现最大相斥势能V max 。

距离再缩小，引力又占据优势，势能开始下降，进入图 2 中的第一极小区域，粒子会形成坚硬的凝聚物。

如果V max 小于动能（ KT ）的 2~3 倍，由于引力 V A 的作用，粒子间将产生凝聚。

若粒子周围有高分子分散剂吸附层存在则情况就不相同了。

如果V max 在 20~25 KT 以上时，粒子间由于斥力作用，凝聚不会发生。

KT= mV （ 8 ）式中：m ——粒子质量；V ——粒子运动速度；K ——波尔兹曼常数；KT ——微粒热运动平均数量。

V R 是斥力，其大小与扩散双电层的电势一样，随距离增加成指数函数减少，其减少程度是由德拜长 K 决定。