第二節　顏料的分散理論

顏料粒子的穩定性主要取決于顏料粒子互相接近主要作用力：范德華力，本質上總是吸引力；靜電力，可以是吸引力也可以是排斥力，但在考慮顏料分散時幾乎總是排斥力；空間位阻力，本質上也是排斥力，三種力的相互作用關系，構成了顏料的分散理論。

在水性體系中顏料的分散穩定性，需要雙電層的靜電斥力和空間位阻力兩種，但在高檔染料僅依靠雙電層斥力是不夠的，還必須利用空間位阻力一起來穩定顏料的分散。

一、分散劑的選擇

既然水性體系是由雙電層和立體阻位二種機理穩定的，其穩定分散劑可以是鹽、表面活性劑以及含或不含離子基團的無規則嵌段和接枝聚合物。具體的特點如下。

（一）離子型

特點是雙電層穩定，如焦磷酸鈉、十二烷基硫酸鈉、季銨鹽、三聚磷酸鹽、六偏磷酸鈉。

優點是用量少，只需不到顏料量的1.5%。

缺點是對多價金屬離子、剪切力、pH值、溫度和濕度敏感，如在應用于用硅酸鈣以六偏磷酸鈉作分散劑時，產品易粘搭。

（二）非離子型

特點是立體位阻穩定，如聚環氧乙烷、苯基衍生物、丙烯酰胺、蛋白質、糖、纖維素、乳化劑EL、勻染劑102等，都是用于有機印花染料專用分散劑。

優點是對pH值和其他鹽不敏感。

缺點是用量大（2%～50%），對水質敏感。

（三）聚電解質型

特點是雙電層和立體位阻穩定，如聚丙烯酸鈉鹽、聚羧酸鹽、聚馬來酸、富馬酸、衣康酸和丁烯酸等。

優點是耐老化和高剪切力，相溶性最大。

缺點是價格較貴，對多價離子敏感。

多用于鈦白粉和硅酸鋁的分散，它既能提供雙電層穩定，又有立體位阻穩定。對無機顏料分散劑的吸附是靠電荷相互作用，對有機顏料分散劑的吸附是靠疏水基團與粒子表面相互作用。

二、印花染料常用分散劑

（一）無機顏料用分散劑

在印花染料中，鈦白粉和硅酸鋁的分散劑一般需要離子型分散劑和聚電解質分散劑。表2-3是常用聚磷酸鹽以及相關性質。

其中多用六偏磷酸鈉對鈦白粉和硅酸鋁進行分散。

聚磷酸鹽的吸附有兩個機理：氫鍵及化學吸附。氧化物/氫氧化物顏料表面很容易產生氫鍵效應。因為相鄰氧原子間的距離和相應的聚磷酸鹽分散劑氧/氧距離密切相匹配。化學吸附（部分化學反應）也會產生，因為聚磷酸鹽與許多無機顏料（如CaCO₃、BaSO₄、ZnO）的表面分子反應生成附著的不溶磷酸鹽。總之聚磷酸鹽的鏈越長且含有官能團越多時，則分散劑越有效，至少含有三個鉀原子的聚磷酸鹽分子是如此。

對于聚磷酸鉀鹽，特別有兩種即三聚磷酸鉀（KTPY）和焦磷酸四鉀（TKPP），具有理想性質的良好平衡。雖然二者的成本相近，據稱用TKPP時，其初始黏度較低，長期穩定較好。

不夠理想的是聚磷酸鹽，有許多缺點：①促進霉菌的培育營養；②起霜，然而鉀離子比鈉離子產生起霜較少，較長的磷酸鍵也出現較少；③染料陳化時，導致黏度上升；④容易引起“聚磷酸鹽粗粒”現象，即當存在硅酸鹽，或某過渡元素或pH>7的情況下發生的一種化學分解的趨向（解聚）。因而在印染行業染料產品中應用較少，作為降低成本的一種手段或作為抗凝膠的一種技術手段，多用六偏磷酸鈉。

聚合電解質是一個大分子，部分或全部由具有可電離基團的單體構成，與簡單的電解質（如NaCl）、其他離子（Na⁺）及負離子（Cl^-）距離相對較小，且大小相近。聚合電解質的特征是具有一個大離子的骨架（單個的大離子具有許多相似的帶電荷的基團，通過化學鍵相連接）和一當量較小且獨立的、電荷相反的平衡離子。表2-4表明典型的聚合電解質結構（重復單元）。

因為聚合電解質分子量較高，也稱它為分散樹脂，通常單位質量只有中等數目的官能團，因此用量相當大（作分散劑用），常用于水性體系。

聚合電解質由于其離子本性，易溶于水。簡單的有機酸（如檸檬酸、琥珀酸）曾用于顏料的分散，可是效果不如三元及更高級的聚合酸鹽類。隨著聚合物的增加而改善分散作用的趨勢有一區間。例如聚丙烯酸鹽類，當單體量在12～18間達到最佳分散作用。

聚合分散劑分散鈦白粉和硅酸鋁的效果很好，常用產品如華夏助劑廠生產的聚羧酸鹽HX-5310，山東菏澤農藥廠生產的DC-聚羧酸鹽分散劑40%等。

（二）有機顏料用分散劑

1.乳化劑EL

乳化劑EL的組成是蓖麻油聚氧乙烯醚。其化學結構為：

乳化劑EL是非離子表面活性劑，常用的是上海天壇助劑公司生產的乳化劑EL-90，其pH值為5～7，濁點為85±2℃（5%NaCl）時，HLB值為18.1，有產品可供選擇。

2.勻染劑102

勻染劑102的化學組成是C12～C18的脂肪醇聚氧乙烯醚，是非離子表面活性劑，外觀為微黃色膏狀物，易溶于水，具有滲透、乳化、潤濕、勻染、擴散等良好能力，本品用途同平平加O相同，常用于印花染料的潤濕分散。

其化學結構為R（OCHCH）_nOH，n=25～30。