第４７卷第１期２００９年１月上海涂料ＳＨＡＮＣＨＡＩＣＯＡＴＩＮＧＳＶ０１．４７Ｎｏ．１Ｊａｎ．２００９

超分散剂及其在颜料分散中的应用

刘佳卢秀萍＋吴蒙韩永（天津科技大学材料科学与化学工程学院３００４５７）

摘要：使用超分散荆是近年制备彩色喷墨打印墨水颜料色浆应用最广、效果最好的方法之一。

对超分散荆的结构特征、作用机理、影响因素、选用原则和使用进行了分析介绍，并对其发展前景作了

展望。关键词：喷墨打印；超分散剂；颜料；作用机理

中图分类号：ＴＱ６３０．４＋９５文献标识码：Ａ文章编号：１００９—１６９６（２００９）０１—００２９—０３

有机颜料由于其色谱齐全、着色强度高，色泽鲜艳以及应用简单等优点已广泛地应用于诸多下业领域，

是生产彩色喷墨打印墨水不可缺少的着色材料。如何

使用有机颜料作为着色剂来制备稳定的彩色喷墨打印墨水是目前研究的热点。研究表明：有机颜料的着色

强度随其平均粒径的下降而增大，粒径减小将使颜料

的比表面积增加，从而使其反射率增大，光散射也相应

增大，从而得到一个最佳的粒径值（约１００ｎｌｎ），高于

或低于此值将使其着色力下降。然而，由于有机颜料通常是以凝聚体、聚集体等形态存在，且表面极性低，在

水相中很难被润湿和分散。尤其是当颜料为纳米级时，

颜料比表面积和表面能急剧增大，自动凝聚的倾向增加，导致有机颜料在水相中很难被分散成纳米级颗粒。

将有机颜料进行有效地分散需要对其进行表面改

性，从而达到改变颜料的极性，提高颜料与溶剂的相

容性，扩大其使用范围，增强其应用性能的目的。

１颜料分散技术及分散剂的作用

迄今为止，提高颜料在水性体系中的分散及分散稳定性的方法有多种，如松香处理法、颜料衍生物法、

有机胺类处理法、添加分散剂法、等离子体处理法、

超微粒子吸附法、微胶囊法等。其中添加分散剂法是

使用最为广泛且分散效果较好的一种方法。在颜料分散过程中加入分散剂是保持颜料分散稳

【收稿日期】２００８一１１一１９【基金项目】天津市自然科学基金项目（０３３６０２３１１）掌通讯联系人定的最有效方法，有些分散剂还兼有润湿作用，称作

润湿分散剂。颜料分散剂主要通过以下两种作用保持

颜料分散体的稳定：

（１）电荷保护作用（双电层作用）。使颜料表面具有相同电荷，当微粒相互接触时由于带有相同电荷

而相互排斥，带电微粒在库仑排斥力作用下维持了体

系的稳定，其作用机理如图１所示。

图ｌ电荷保护作用

（２）立体保护作用（空间位阻作用）。颜料微粒表面覆盖的聚合物对微粒起到机械隔离作用，使颗粒

间的接触变为不可能。聚合物与水之问的强烈作用可

以阻止颜料粒子过分接近，其作用机理见图２。

图２立体保护作用

　万方数据上海涂料第４７卷

用于水性体系颜料分散的分散剂可以分为３类：

第一类为无机分散剂，如聚磷酸酯、硅酸盐等；第二

类为有机小分子分散剂，如阴离子刊表面活性剂（烷

基聚醚或烷芳基的硫酸盐、磷酸盐）、阳离子型表面活性剂（烷基吡啶氯化物等）、非离子型表面活性剂（如：

聚氧化乙烯烷基芳基醚）和两性表面活性剂；第三类

为高分子分散剂，目前应用较多的如聚丙烯酸钠盐、苯乙烯一马来酸半酯化物、苯乙烯一（甲基）丙烯酸

（酯）共聚物、丙烯酸一（甲基）丙烯酸酯共聚物等。

传统的表面活性剂已越来越多地被高分子类分散

剂所取代。高分子分散剂也称为超分散剂。常用于水

性体系颜料分散的两类超分散剂为聚电解质类超分散剂和非离子型超分散剂，它们的结构为无规共聚物、

接枝聚合物和嵌段共聚物等，其中无规共聚物较多。

水溶性超分散剂的亲油基团可由芳基、烷基、烷芳基、

烃基等提供，亲水性基团可由羧基、磺酸基、羟基、氨基及长的聚醚链提供。疏水端单体多为不饱和烃类，

如苯乙烯、乙烯、丁二烯、二异丁烯、甲基乙烯醚、（甲

基）丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、ｄ一甲基苯乙烯等，常用

的亲水单体有（甲基）丙烯酸、马来酸及它们的衍生物，比如丙烯酸一丙烯酸酯（丙烯酰胺）共聚物，苯乙

烯一丙烯酸（酯）类共聚物，马来酸（酯）一丙烯酸（酯）

（苯乙烯）共聚物等。

Ｋｕｒａｂａｙａｓｈｉ等人采用丙烯酸一苯乙烯共聚物作为颜料的外包膜处理颜料后，再用ＮａＯＨ中和的丙烯酸一

丙烯酸甲酯一苯乙烯作为颜料分散剂与颜料一起分

散，得到高色度，防水和防涂抹的墨水。Ｉｓｈｉｉ等人采用氧化乙烯丙烯酸甲基醚一丙烯酸钠共聚物作为水溶

性颜料墨水的聚合物分散剂，显示出良好的储存稳定

性。Ｓｕｚｕｋｉ等人采用丙烯酸聚氨酯乳液作为颜料的分散剂，可提高水性喷墨墨水的稳定性。

２超分散剂的结构特征及作用机理

２．１超分散剂的结构特征

一部分为锚固基团（ＡｎｃｈｏｒＧｒｏｕｐ），如一ＮＲｚ、

—＿ＮＲ：Ｉ＋、—℃ＯＯＨ、—℃０（）－一、—．Ｓ（）３Ｈ、—＆：）３一、—帕４２－、

多元胺、多元醇及聚醚等，它们通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用，紧紧地吸附在固体颗粒表面，不易脱附；锚固基团在超分散剂中所占的比例

很少（一般在５％一１０％ｏ按此分类如下：（１）含单个锚固基团的超分散剂，如国内的

ＷＬ２１、ＷＬ２２、ＷＬ２５，ＩＣＩ的１７０００、１７２４０、１７９４０、

３０００等，适用于具有强极性表面的无机颜料及部分有

机颜料，由于其表面的天然极性使得它们能以离子对

的形式与具有一定功能的锚固基团相互结合，这种离子对可产生机械力，故锚固基团通过此力得以牢固地

吸附在颜料表面。

（２）含多个锚固基团的超分散剂，如国内的

ＷＬ２３、ＷＬ２４，ＩＣ！的１３２４０、１３６５０、１３９４０、２４００等，

适用于低极性表面的有机颜粒及部分无机颜料。如较为复杂的多环有机颜料及炭黑，其表面无极性，必须

找到锚同基团来产生必要的吸附和空间稳定，而含多

个锚固基团的超分散剂就能与其形成多个微弱锚固

力。如图３所示：能够产生锚固作用的聚合物分散剂。

可以是一个单独的功能基团，也可是一低聚物，或者是聚合的链段：

极性链有机介质

图３分散剂分子结构图解

另一部分为溶剂化链（ＰｏｌｙｍｅｒｉｃＳｏｌｖａｔｉｏｎＣｈａｉｎ），它是超分散剂分子结构的主要部分（占９０％～９５％ｏ

常见的有聚酯、聚醚、聚烯烃以及聚丙烯酸酯等，它

们按极性大小可分为３类：（１）低极性聚烯烃链；（２）

中等极性的聚酯链或聚丙烯酸酯链等；（３）强极性的

聚醚链。在极性ｆ，【ｉ配的分散介质中，溶剂化链与分散介质具有良好的相容性，故在分散介质中采用比较伸

展的构象，在固体颗粒表面形成足够厚度的保护层。

当２个吸附有超分散剂分子的同体颗粒相互靠拢时，

由于伸展链的空间障碍而使同体颗粒弹开，从而不会引起絮凝，维持稳定的分散状态。从其单元结构可以

比较准确地判断其适用介质的范围。

在颜料粒子的研磨分散过程中，超分散剂通过其Ｌ

ｒ。八印Ａ当黼

事

　万方数据第１期刘佳，等：超分散剂及其在颜料分散中的应用３１

锚同基团优先紧紧吸附于颜料粒子的表面，形成一种只有分散介质才能够出入的吸附层，使颜料粒子能被

介质充分润湿，与此同时，超分散剂的溶剂化链以比

较伸展的构象，在颜料粒子表面形成一定厚度的保护

层，当吸附有超分散剂的颜料粒子相互靠近时，吸附层之间的排斥作用使颗粒相互离开，从而实现了颜料

粒子在介质中的稳定分散。

经过超分散剂表面处理后，颜料粒子润湿性好，

大大缩短了研磨时间，产品具有广泛的适用性。超分散剂表面处理是制造高浓度色浆的有效途径。

２．２超分散剂的选择和使用

超分散剂的选用主要考虑两方面的因素：一是颜

料粒子的表面性质，如表面极性、表面酸碱性、表面

官能团；其二是分散介质的极性及其对超分散剂溶剂化链的溶解性。

为使超分散剂对颜料粒子在水溶液中的分散具有

足够的空间稳定作用，应使其溶剂化链段在介质中取

得足够伸展的构象。为此应选择与水溶液具有很好相容性的溶剂化链。

根据颜料粒子的表面性质，可以从３个方面考虑

选用何种分散剂：

（１）对表面极性较强的大部分无机颜料及部分有机颜料，选择能通过偶极一偶极作用、离子键作用

等形成单点锚固的超分散剂；

（２）对低极性表面的大部分有机颜料和部分无

机颜料，选用多个锚固基团的超分散剂，通过多点弱锚固以增强总的吸附牢度；

（３）对于非极性颜料，应选择协同增效剂与超分

散剂配合使用，利用协同增效剂（颜料衍生物）与有

机颜料结构相似的特点，使之更易吸附在颜料粒子表

面上，同时为超分散剂提供一些极性锚固位。对于某些完全非极性或极性很低的有机颜料及部分炭黑，因

不具备可供超分散剂锚同的活性基团，故不管使用何

种超分散剂，分散效果均不明显，此时需要使用表面

增效剂。实际上，表面增效剂是一种带有极性基团的颜料衍生物，其分子结构及物理化学性质与待分散颜

料非常相似，因此它能通过分子间范德华力紧紧地吸附于有机颜料表面，同时通过其分子结构的极性基团

为超分散剂锚同基团的吸附提供活性位。通过这种协同作用，超分散剂就能对有机颜料产生非常有效的润

湿和稳定作用。常用的表面增效剂是５０００和２００００。

前者为酞菁蓝衍生物，适用于酞菁颜料（有机蓝、有

机绿）及炭黑；后者为联苯胺黄衍生物，适用二芳基类颜料（有机黄、有机红）及ｃ．Ｉ颜料绿３６。

２．３超分散剂的用量

超分散剂的用量十分重要，通常以其在颜料表面

形成致密的单分子吸附层为最佳值，这一数值可通过

分散体系粘度随超分散剂用量变化曲线的最低点来确定。对于有机颜料，超分散剂用量为５％～１０％（对颜料

质量），个别可达１５％以上。具体用量可通过实验来

确定。在最佳用苣时，分散体系粘度最低，颜料着色

力及光泽、亮度等指标一般也最好。

３展望

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，应从超分散剂的结构及合成

方法的改进入手，在满足符合要求的色浆前提下，提

高色浆中颜料含量，创造更好的经济性。（１）超分散剂结构的改进。目前合成的水性超分

散剂大都是无规共聚物，分散性较好的嵌段共聚物以

及接枝共聚物将是未来研究的重点。开发新的、高效

的水性超分散剂以及对现有超分散剂的结构进行改性，将成为研究重点。

（２）合成方法的改进。目前已报道的超分散剂

合成方法主要是自由基聚合以及阴离子聚合等，所合

成超分散剂的相对分子质量以及相对分子质量分布均

不易控制，对超分散剂的应用有一定的影响。可尝试使用其它活性自由基聚合（如原子转移自由基聚合，

可逆加成断裂链转移聚合法等）或者结合其它不同的

聚合方法合成超分散剂。

（参考文献１９篇从略）

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