浅述分散剂对高速研磨分散超细研磨效果的影响

高速研磨式分散机是高效、快速、均匀地将一个相或多个相(液体、固体)进入到另一互不相溶的连续相(通常液体)的过程的设备的设备。当其中一种或者多种材料的细度达到微米数量级时，甚至纳米级时，体系可被认为均质。当外部能量输入时，两种物料重组成为均一相。由于转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来的强劲动能，使物料在定、转子狭窄的间隙中受到强烈的机械及液力剪切、离心挤压、液层摩擦、撞击撕裂和湍流等综合作用，形成悬浮液（固/液），乳液（液体/液体）和泡沫（气体/液体），从而使不相溶的固相、液相、气相在相应熟工艺和适量添加剂的共同作用下，瞬间均匀精细的分散乳化，经过高频管线式高剪切、分散、均质、乳化的循环往复，最终得到稳定的高品质产品。

在粒度逐渐细化的过程中，颗粒在范德华力、双电层静电作用等影响下会重新团聚。因此，可以认为颗粒超细粉碎到一定程度后，伴随着一系列颗粒微观上理化特性的质变，就会出现一个“粉碎⇌团聚”的可逆过程。当这正反两个过程的速度相等时，便达到了粉碎过程中的动态平衡，则颗粒尺寸达到极限值。此时，进一步延长粉碎时间是徒劳的。因为这时的机械力已不足以解聚团聚体使颗粒进一步破碎，只能用于维持粉碎平衡，并有可能造成更多小颗粒团聚体，于是，所谓的“逆研磨”、“返粗”现象就会出现。从某种程度上说，分散剂的恰当选择是解决“逆研磨”、“返粗”现象唯一的行之有效的途径。分散剂可以影响颗粒之间的范德华力、双电层静电力、溶剂化膜和吸附层的空间斥力诸作用。

分散剂种类

应用于超细湿法研磨的分散剂有三大类，即无机类、有机类、有机聚合物类。

（1）无机类。常用的有聚磷酸盐和硅酸盐（如六偏磷酸钠），广泛应用于水性涂料，较小浓度即可分散多种无机颜料。但是，有资料表明聚磷酸盐有促进霉变、起霜、后增稠、返粗等缺陷。

（2）有机类（聚合电解质）。聚合电解质是一个大分子，部分或全部由具有可电离基团的单体构成。该类分散剂多用于水性体系，对无机颜料的润湿分散作用效果较好。

（3）有机聚合物类。a.天然高分子类：最具代表性的是卵磷脂，适用于溶剂型体系，对无机颜料和有机颜料的润湿和分散均有效。b：合成高分子类：一般是长链聚酷的酸和多氨基盐、聚丙烯酸衍生物、聚醚衍生物等。

   目前市场上普遍采用的是有机聚合物类分散剂，聚合物类分散剂的特点是：

（1）无机分散剂会对电导率、介电常数带来不良影响，在某些领域内使用受到限制，而聚合物分散剂则不受其限；

（2）在生产时具有可控的相对分子质量，而较高的相对分子质量有一定的分散稳定性；

（3）分散能力强，稳定效果好，对分散体系中的离子、pH值、温度等因素敏感程度小；

（4）可显著降低分散体系的黏度，改善分散体系的流变性，能节省机械操作时所需的能源。

    聚合物类的分散剂种类繁多，即使同一种聚合物分散剂，不同厂家生产出的分散剂由于分子量不一样，产品指标不一定，分散效果也千差万别，这为分散剂的选择增加了很大的难度，因此需要大量的研磨实验才能最终确定。

分散剂的作用机理：

    使用分散剂可以稳定分散颗粒体系，防止黏性介质的颗粒团聚。可通过三种可能的途径：

（1）通过静电排斥作用（DLVO理论，Deryagin-Landau-Verwey-Overbeek）；

（2）通过空间位阻作用（HVO理论，Hesselink-Vrij-Overbeek）；

（3）通过静电排斥和空间位阻的综合作用。

其过程如下：

（1）吸附于固体颗粒的表面，降低液-液或固-液之间的界面张力，使凝聚的固体颗粒表面易于湿润。

（2）在固体颗粒的表面形成吸附层，固体颗粒表面的电荷增加，提高形成立体阻碍的颗粒间的反作用力。

（3）使固体粒子表面形成双分子层结构，外层分散剂极性端与水有较强亲合力，形成空间位阻效应。

（4）使体系均匀，悬浮性能增加，不沉淀。

 一种适宜的分散剂应满足以下要求：

（1）分散性能好，防止粒子之间相互聚集；

（2）与填料有适当的相容性；热稳定性良好；

（3）成型加工时的流动性好；

（4）分散剂分子吸附颗粒为物理吸附，而不影响产品的性能；

（5）无毒、价廉。

选用分散剂应考虑的因素

（1）溶剂体系。按介质不同划分为水性、溶剂型、粉末等几大体系。一般情况下，所用的分散剂是不通用的。首先应了解该助剂是用于水性的或是溶剂型，以与使用者的要求相吻合。如果用错，不仅起不到润湿分散效果，还会造成意想不到的结果。

（2）物料性质。不同物料其电荷性质不同，首先要分清是无机物还是有机物。产品应细化到某一物料使用某一助剂达到最佳效果的地步，但在实际生产过程中，并不一定能达到最佳效果。大多数分散剂还只是通用，这就需要使用者逐渐试验进行选择。

（3）体系相容性。在一个浆料体系中，所使用的助剂除了分散剂，可能还有流平剂、消泡剂等，其相容性就尤为重要。有些分散剂的乳化性能较强，很可能会使消泡剂乳化而丧失消泡能力。应注意相容性，有利于配方均衡，使产品综合性能得以兼顾。

（4）不影响产品的性能。例如：无机分散剂的构成离子对陶瓷的电导率、介电常数等有不良影响，所以无机电解质类分散剂不能用于精细陶瓷原料的制备。选择分散剂，一定是在不影响产品性能的前提下进行。

（5）良好的性价比。在低价的产品中使用高质高价的助剂，造成成本的大幅度上升，是很不经济。选用何种分散剂，还要与产品的档次相一致，以求合适的价格与性能。

选择分散剂的方法

（1）在选择分散剂时，可采用以下两种方法进行：

① 用重力沉降法对分散剂效率进行初步筛选。相对沉降速率越小，上层清液浊度越大，最终沉降体积越小，说明分散效率越好。

② 测定浆料的粘度。加入分散剂引起粘度大幅度下降是分散剂的实际指标。使用该法可选择最佳的分散剂及其用量。并非分散剂用量越大，粘度会越低。由于粘度的逆增长或平稳效应在分散剂浓度低时也常常表现出来，分散剂过量不仅会造成浪费，也会带来其它负作用。

（2）针对不同物料选出最佳分散剂及其用量，为得到最佳的研磨配方和操作工艺，可根据以下思路进行研磨实验。一般地，时间越短、细度越细的助剂、效果越好。

① 采用同样的研磨配方和工艺，选用同样用量、但品种不同的助剂，测定同样研磨时间的细度或达到同样细度时的研磨时间。

② 采用同样的研磨配方和工艺，选用同样助剂的不同用量、测定同样研磨时间的细度或达到同样细度的研磨时间。

③ 采用同样的助剂和用量，改变研磨配方和投料次序，测定同样研磨时间的细度或达到同样细度的研磨时间。

分散剂分散效果的评定方法

选用分散剂后所达到的研磨效果如何，可采用以下方法进行评定:

（1）用粒度测试方法测定细度；

（2）利用电子显微镜可观察湿颗粒的粒径分布和聚集状态，是否有絮凝、析出等现象；

（3）测定分散色浆的着色力和色相可以确定颜料分散得好坏。一般认为红色带黄相、黄色带绿相、绿色带蓝相、蓝色带红相时，颜料分散效果较好；

（4）测定浆料的贮存稳定性。如果分散效果不好，贮存后颗粒会形成絮凝，粘度增加。表明分散不完全，体系稳定性差。

综上所述，超细研磨过程中分散剂的选择是一项复杂而且难度大的工程，必须综合考虑方方面面的因素，只有在保证分散剂对产品性能及体系无任何影响的情况下，选择合适的分散剂及其用量，减少超细研磨浆料中颗粒之间软团聚体，使颗粒在体系中分散稳定，提高超细研磨效果。