表面活性剂是水体系的关键组成部分，因为它们提供了广泛的性能属性。在水性颜料分散剂，如涂料或着色剂，表面活性剂必须促进颜料的磨粉，并提供足够的稳定的分散颜料，同时确保降低兼容性和最佳的应用性能。很少只有一种表面活性剂用于颜料分散;通常情况下，为了达到特定的性能和工艺属性，需要添加两到三种表面活性剂。配方师必须平衡这些需求，管理系统组件之间复杂的相互作用，以避免添加一种表面活性剂来解决一个缺陷，只会导致新的问题。本文将回顾在水性颜料分散体中常见的表面活性剂的基本类型，并就何时以及如何最好地使用每种表面活性剂以最大限度地减少配方开发和故障排除提供指导。
了解表面活性剂
水分散是指用表面活性剂将不溶性固体稳定在水介质中。这个过程通常分为三个步骤:1
- 干燥固体的润湿;
- 磨铣至最佳粒度;
- 稳定的粒子。
在水分散中，分散剂是使表面活性的化学物质，但额外的表面活性剂被广泛使用，并被认为对分散过程和配方性能有显著影响。关键是要了解如何最有效地使用表面活性剂。
表面活性剂一词是所有表面活性剂的总称。行业内使用的语言并不总是清晰的，并可能导致在制订者和供应商之间讨论的沟通问题。表面活性剂通常是根据它们在系统中的作用来描述的，而不是它们可能提供的核心功能;因此，对于不同的观众，同样的化学反应可以有不同的描述方式。简单的醇聚氧乙烯酯可以被称为乳化剂、共分散剂、助润滑剂、泡沫剂、润湿剂或表面活性剂，这取决于对话的性质。对于表面活性剂在复杂系统中所起的具体作用，通常需要多种解释。即使使用化学性质已知的表面活性剂，在一个完整的系统中，一个试图理解表面活性剂的影响的配方师也必须依赖大量的猜测和试验和错误。认识到一个配方面临着已知和未知的添加剂化学，这是至关重要的分类，在非常一般的术语，基于他们的核心功能。在水性颜料分散剂中，通常有三大类表面活性化学物质:分散剂、稳定表面活性剂(通常被称为共分散剂或研磨助剂)和不稳定表面活性剂(通常被称为润湿剂)。每一种都将被描述，并且其他方面的稳定表面活性剂的作用将被审查。
分散剂
分散剂是颜料分散剂中的表面活性剂。设计用于颜料/水界面，它们提供了两个关键属性:对颜料表面的亲和力和保持颗粒分离的稳定力。有非常广泛的分散剂用于水分散，然而许多化学成分是商业机密，使配方除了广泛的试验和错误测试几乎没有选择。虽然耗时，但这项工作是非常值得的，因为选择最佳的分散剂通常会减少进一步配方的需要。如果这是不可行的，或者库存最小化或成本考虑分散剂的选择，与其他表面活性剂配方成为一个非常有价值的工具，以改善性能和工艺。
分散剂通常分为两大类:普通聚合物和高性能分散剂。商品聚合物通常基于成本较低的单体和聚合工艺，具有较高的分子量，通常提供静电稳定。最佳商品分散剂的确定通常会提供具有足够分散稳定性的配方剂，但可能导致颜料性能不佳，并在分散过程中面临挑战。高性能分散剂通常基于特殊的单体、更复杂的生产工艺、更低的分子量以及通常的位阻或电阻稳定。一种最佳的高性能分散剂通常会提供一种具有优异分散性和放放稳定性的配方，具有足够的显色和磨铣效率。图1显示了这两种分散剂相对性能的比较。
对于许多配方剂来说，找到一种最佳的高性能分散剂通常会减少进一步配方所需的工作量。分散剂成本是决定基于商品分散剂的系统优化所需时间投资的一个重要因素。当配方是必要的，使用额外的表面活性剂往往是下一步。在图1中，满足每个性能标准所需的关键属性以斜体显示。例如，一种商品分散剂聚合物，在磨铣效率或显色性能较弱，通常与二级添加剂配制最佳，可提供额外的界面张力降低或动态稳定——一种低分子量、稳定的化学物质，有助于更快地降低颗粒尺寸。另外，如果显色和磨色足够充分，有时少量的润湿表面活性剂就可以改善颜料切割，并降低可能加重卸胶冲击的界面张力梯度。配方是一种有价值的工具来提高性能，但必须强调的是，分散剂的选择是首要的优先事项。确定最佳分散剂往往能使配方工作量和添加剂使用量最小化。
当配方是必要的，稳定和不稳定的表面活性剂经常被用来优化性能图1。在水分散体中通常存在三种不同的类型。
1.高亲水亲脂平衡(HLB)稳定表面活性剂
基于高乙氧基结构、离子性质或两者结合的表面活性剂通常被用于改善水分散剂的稳定特性。分散稳定性、随老化的颜色和粘度稳定性以及松弛相容性通常是用稳定表面活性剂改善的最好的属性。必须小心，因为这些材料通常是泡沫的，通常很难在分散过程中188金宝搏bet官网使用。它们也会产生乳化作用，并会对其他配方成分产生负面影响，比如结合增稠剂。影响消泡剂的使用，配方流变性和涂层耐水性是常见的问题，与过量的这些材料。188金宝搏bet官网
2.中hlb稳定表面活性剂(研磨助剂或研磨表面活性剂)
基于中hlb乙氧基酸盐的表面活性剂在分散应用中非常常见，壬基酚9eo等材料多年来一直是这类材料的标准化学成分。188金宝搏bet官网8-15个EO区块的非离子表面活性剂和10-14个HLB区块的非离子表面活性剂提供了一定程度的稳定，可以改善井眼相容性、磨铣效率和小颗粒稳定，大大减少了阴离子或更高HLB非离子稳定剂所存在的泡沫和水敏感性问题。它们通常用于分散过程，因为泡沫通常是可控的。过量使用仍然会导致类似的防水、泡沫和流变性问题，但中hlb表面活性剂通常比高hlb稳定剂更宽容。这一类的表面活性剂通常被描述为研磨助剂或研磨表面活性剂。
3.润湿剂
基于低hlb、最小或非乙氧基结构的表面活性剂常被用作润湿剂。这些类型的表面活性剂通常是非胶束的，没有稳定特性。它们只用于界面张力的减少，有利于干颜料脱气和减少放电冲击。
配方方向应根据所遇到的分散剂选择的不足而定。出于稳定性考虑，如果无法进一步评估寻找更好的分散剂，则有必要使用共分散剂和高hlb表面活性剂。应该尽量减少使用，而阶梯研究总是找到最小使用水平以避免新问题的最佳方法。
通常可以用研磨表面活性剂代替。低hlb表面活性剂的稳定优势可能足以解决分散剂的不足，通常提供共分散剂无法提供的额外工艺优势。对于任何稳定表面活性剂，在分散剂选定之前保留其使用和评估是至关重要的。在分散剂评价中常规加入表面活性剂往往会导致假阴性结果。图2和图3显示了研磨表面活性剂的总体性能趋势。
图2显示了不同分散剂性能差异的总体代表。通常分散剂会表现出不同程度的颜料性能属性，如颜色、光泽度、遮盖度或颗粒大小，这与分散剂的化学性质和对颜料和配方的适用性有关。理想情况下，最好选择顶部的分散剂，但其他因素可能会导致选择性能稍差的分散剂。如图3所示，研磨表面活性剂的使用会显著改变分散剂的表面性能。研磨表面活性剂通常会在研磨和分散过程中提供更快的颜料颗粒尺寸降低，2由于干燥颜料的润湿性更好，以及动态稳定性能的改善;但是，最终的性能属性可能会有很大的差异。性能的提高和降低都是可能的。这在适当的配方中创造了巨大的价值，但对配方师来说存在危险。当评估分散剂时，稳定表面活性剂应该很少使用，因为假阴性可能会导致失去机会和不必要的工作。只有确定了最佳分散剂后，才能进行进一步的配方制定。
图4显示了一种橙色颜料(po5)分散剂的实验结果，这是一种商品丙烯酸分散剂，添加和不添加两种不同的研磨表面活性剂。虽然两种研磨表面活性剂都显示出最初的效果，但研磨辅助剂2与不添加表面活性剂的空白相比，显色效果显著降低，而研磨辅助剂1显示出显著的效果。
在含有额外表面活性剂的配方中，使用水平也是一个非常重要的考虑因素。梯式研究确定最佳使用水平是非常重要的，因为过量的表面活性剂会导致泡沫和水敏感性等次要问题。更多并不总是更好的，通常会发现添加额外的表面活性剂不能提供进一步的好处。图5显示了在0 - 2.25 wt%的使用水平范围内，用商品丙烯酸分散剂和两种不同的研磨表面活性剂对酞菁蓝(PB 15:3)颜料进行的评估。研磨辅助剂A1和A2在1.5 wt%的负载下都能达到最佳效用，额外的负载不能提供进一步的好处。研磨辅助A1的性能明显更好，甚至比2.25 wt%的加载研磨辅助A2。表面活性剂与分散剂的配合度决定分散剂的性能，配合度差的分散剂不能通过添加添加剂来改善。
水分散的优化通常是通过使用表面活性剂来实现的，但正如图中的数据所示，这不是一个简单的努力。分散剂是表面活性剂，添加额外的表面活性剂可能涉及到与主要分散剂的协同作用和拮抗作用，这是合理的。前者为制定者创造了机会，而后者则带来了问题和不必要的工作。重要的是，任何配方都要意识到潜在的问题，理想情况下，其他表面活性剂的添加应该在分散剂选定之后才加入。通常，识别和优化额外表面活性剂的使用要比识别分散剂容易得多。
总结
在水性颜料分散中，表面活性剂既是使能化学物质，也是有价值的配制工具。这些材料的使用应始终遵循首要表面活188金宝搏bet官网性剂-分散剂的鉴定。分散剂与待分散固体的配对以及配方的化学和性能需求将决定存在哪些缺陷，以及可能需要哪些类型的额外表面活性剂。普通分散剂通常需要比高性能分散剂更高的配方，但这两类分散剂通常都需要额外的表面活性剂来改善。无论是哪种类型的分散剂，都应该在评估时不使用或尽量少使用稳定或研磨表面活性剂，因为它们之间的相互作用和性能影响可能非常显著。首先确定分散剂，评估可能需要的额外表面活性剂类型，然后通过阶梯研究确定达到预期性能所需的最小使用量。
确认
作者要感谢空气产品和化学品公司的迈克·保利和蒂莫西·史密斯的工作。
参考文献
1帕菲特，G.D.粉末在液体中的分散，爱思唯尔的科学、纽约、1969．
2温克勒，J.分散颜料和填料，文森茨网络，汉诺威，2012。
