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淺述分散劑對高速研磨分散超細研磨效果的影響

高速研磨式分散機是高效、快速、均勻地將一個相或多個相(液體、固體)進入到另一互不相溶的連續相(通常液體)的過程的設備的設備。當其中一種或者多種材料的細度達到微米數量級時，甚至納米級時，體系可被認為均質。當外部能量輸入時，兩種物料重組成為均一相。由于轉子高速旋轉所產生的高切線速度和高頻機械效應帶來的強勁動能，使物料在定、轉子狹窄的間隙中受到強烈的機械及液力剪切、離心擠壓、液層摩擦、撞擊撕裂和湍流等綜合作用，形成懸浮液（固/液），乳液（液體/液體）和泡沫（氣體/液體），從而使不相溶的固相、液相、氣相在相應熟工藝和適量添加劑的共同作用下，瞬間均勻精細的分散乳化，經過高頻管線式高剪切、分散、均質、乳化的循環往復，最終得到穩定的高品質產品。

在粒度逐漸細化的過程中，顆粒在范德華力、雙電層靜電作用等影響下會重新團聚。因此，可以認為顆粒超細粉碎到一定程度后，伴隨著一系列顆粒微觀上理化特性的質變，就會出現一個“粉碎?團聚”的可逆過程。當這正反兩個過程的速度相等時，便達到了粉碎過程中的動態平衡，則顆粒尺寸達到極限值。此時，進一步延長粉碎時間是徒勞的。因為這時的機械力已不足以解聚團聚體使顆粒進一步破碎，只能用于維持粉碎平衡，并有可能造成更多小顆粒團聚體，于是，所謂的“逆研磨”、“返粗”現象就會出現。從某種程度上說，分散劑的恰當選擇是解決“逆研磨”、“返粗”現象唯一的行之有效的途徑。分散劑可以影響顆粒之間的范德華力、雙電層靜電力、溶劑化膜和吸附層的空間斥力諸作用。

分散劑種類

應用于超細濕法研磨的分散劑有三大類，即無機類、有機類、有機聚合物類。

（1）無機類。常用的有聚磷酸鹽和硅酸鹽（如六偏磷酸鈉），廣泛應用于水性涂料，較小濃度即可分散多種無機顏料。但是，有資料表明聚磷酸鹽有促進霉變、起霜、后增稠、返粗等缺陷。

（2）有機類（聚合電解質）。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。該類分散劑多用于水性體系，對無機顏料的潤濕分散作用效果較好。

（3）有機聚合物類。a.天然高分子類：最具代表性的是卵磷脂，適用于溶劑型體系，對無機顏料和有機顏料的潤濕和分散均有效。b：合成高分子類：一般是長鏈聚酷的酸和多氨基鹽、聚丙烯酸衍生物、聚醚衍生物等。

   目前市場上普遍采用的是有機聚合物類分散劑，聚合物類分散劑的特點是：

（1）無機分散劑會對電導率、介電常數帶來不良影響，在某些領域內使用受到限制，而聚合物分散劑則不受其限；

（2）在生產時具有可控的相對分子質量，而較高的相對分子質量有一定的分散穩定性；

（3）分散能力強，穩定效果好，對分散體系中的離子、pH值、溫度等因素敏感程度小；

（4）可顯著降低分散體系的黏度，改善分散體系的流變性，能節省機械操作時所需的能源。

    聚合物類的分散劑種類繁多，即使同一種聚合物分散劑，不同廠家生產出的分散劑由于分子量不一樣，產品指標不一定，分散效果也千差萬別，這為分散劑的選擇增加了很大的難度，因此需要大量的研磨實驗才能最終確定。

分散劑的作用機理：

    使用分散劑可以穩定分散顆粒體系，防止黏性介質的顆粒團聚。可通過三種可能的途徑：

（1）通過靜電排斥作用（DLVO理論，Deryagin-Landau-Verwey-Overbeek）；

（2）通過空間位阻作用（HVO理論，Hesselink-Vrij-Overbeek）；

（3）通過靜電排斥和空間位阻的綜合作用。

其過程如下：

（1）吸附于固體顆粒的表面，降低液-液或固-液之間的界面張力，使凝聚的固體顆粒表面易于濕潤。

（2）在固體顆粒的表面形成吸附層，固體顆粒表面的電荷增加，提高形成立體阻礙的顆粒間的反作用力。

（3）使固體粒子表面形成雙分子層結構，外層分散劑極性端與水有較強親合力，形成空間位阻效應。

（4）使體系均勻，懸浮性能增加，不沉淀。

 一種適宜的分散劑應滿足以下要求：

（1）分散性能好，防止粒子之間相互聚集；

（2）與填料有適當的相容性；熱穩定性良好；

（3）成型加工時的流動性好；

（4）分散劑分子吸附顆粒為物理吸附，而不影響產品的性能；

（5）無毒、價廉。

選用分散劑應考慮的因素

（1）溶劑體系。按介質不同劃分為水性、溶劑型、粉末等幾大體系。一般情況下，所用的分散劑是不通用的。首先應了解該助劑是用于水性的或是溶劑型，以與使用者的要求相吻合。如果用錯，不僅起不到潤濕分散效果，還會造成意想不到的結果。

（2）物料性質。不同物料其電荷性質不同，首先要分清是無機物還是有機物。產品應細化到某一物料使用某一助劑達到最佳效果的地步，但在實際生產過程中，并不一定能達到最佳效果。大多數分散劑還只是通用，這就需要使用者逐漸試驗進行選擇。

（3）體系相容性。在一個漿料體系中，所使用的助劑除了分散劑，可能還有流平劑、消泡劑等，其相容性就尤為重要。有些分散劑的乳化性能較強，很可能會使消泡劑乳化而喪失消泡能力。應注意相容性，有利于配方均衡，使產品綜合性能得以兼顧。

（4）不影響產品的性能。例如：無機分散劑的構成離子對陶瓷的電導率、介電常數等有不良影響，所以無機電解質類分散劑不能用于精細陶瓷原料的制備。選擇分散劑，一定是在不影響產品性能的前提下進行。

（5）良好的性價比。在低價的產品中使用高質高價的助劑，造成成本的大幅度上升，是很不經濟。選用何種分散劑，還要與產品的檔次相一致，以求合適的價格與性能。

選擇分散劑的方法

（1）在選擇分散劑時，可采用以下兩種方法進行：

① 用重力沉降法對分散劑效率進行初步篩選。相對沉降速率越小，上層清液濁度越大，最終沉降體積越小，說明分散效率越好。

② 測定漿料的粘度。加入分散劑引起粘度大幅度下降是分散劑的實際指標。使用該法可選擇最佳的分散劑及其用量。并非分散劑用量越大，粘度會越低。由于粘度的逆增長或平穩效應在分散劑濃度低時也常常表現出來，分散劑過量不僅會造成浪費，也會帶來其它負作用。

（2）針對不同物料選出最佳分散劑及其用量，為得到最佳的研磨配方和操作工藝，可根據以下思路進行研磨實驗。一般地，時間越短、細度越細的助劑、效果越好。

① 采用同樣的研磨配方和工藝，選用同樣用量、但品種不同的助劑，測定同樣研磨時間的細度或達到同樣細度時的研磨時間。

② 采用同樣的研磨配方和工藝，選用同樣助劑的不同用量、測定同樣研磨時間的細度或達到同樣細度的研磨時間。

③ 采用同樣的助劑和用量，改變研磨配方和投料次序，測定同樣研磨時間的細度或達到同樣細度的研磨時間。

分散劑分散效果的評定方法

選用分散劑后所達到的研磨效果如何，可采用以下方法進行評定:

（1）用粒度測試方法測定細度；

（2）利用電子顯微鏡可觀察濕顆粒的粒徑分布和聚集狀態，是否有絮凝、析出等現象；

（3）測定分散色漿的著色力和色相可以確定顏料分散得好壞。一般認為紅色帶黃相、黃色帶綠相、綠色帶藍相、藍色帶紅相時，顏料分散效果較好；

（4）測定漿料的貯存穩定性。如果分散效果不好，貯存后顆粒會形成絮凝，粘度增加。表明分散不完全，體系穩定性差。

綜上所述，超細研磨過程中分散劑的選擇是一項復雜而且難度大的工程，必須綜合考慮方方面面的因素，只有在保證分散劑對產品性能及體系無任何影響的情況下，選擇合適的分散劑及其用量，減少超細研磨漿料中顆粒之間軟團聚體，使顆粒在體系中分散穩定，提高超細研磨效果。