市面上可以买到固体结块形式的干颜料。根据定义，它们不溶于载体介质，无论是水媒还是溶剂媒。如果没有适当的分散技术，颜料结块可能沉淀出颜料分散体和/或最终的颜料涂层组成。分散技术通常包括介质研磨/研磨过程，其中颜料团块被分解成更小的团块和/或被载体介质润湿的单个颗粒。在颜料分散中提供颜料分散剂，以促进润湿过程。此外，它们对颜料颗粒在载体介质中的悬浮和均匀分散是重要的，因为它们正在被研磨和随后在储存期间。因此，颜料分散剂的功能是在其载体溶剂中润湿、分散和稳定颜料分散，并在最终的稀释配方中保持稳定的颗粒分布。
颜料的一个特别具有挑战性的应用是喷墨墨水。虽然染料已经成功地配制成喷墨墨水，具有可靠的打印头性能和优异的光学性能，但在耐久性、耐水性和耐光性方面存在图像缺陷。因此，该技术正朝着彩色喷墨油墨的方向发展。使用颜料的一个挑战是稳定细粒度分布。否则，颗粒团聚会导致性能退化，甚至在喷墨打印头的小通道和喷嘴孔发生灾难性故障。此外，重要的是控制流变性，保持高过滤性和发展适当的表面张力。因此，稳定的颜料浓缩物与其他喷墨墨水成分(保湿剂、表面活性剂、助溶剂)之间的相容性是至关重要的。
机械和化学方法来稳定颜料分散实践。常用的方法是使用聚合分散剂。本报告强调了基于独特聚醚/丙烯酸梳支共聚物的水性颜料分散体的性能。
分散
我们考虑分散介质主要是水的情况。不溶于水的颜料，如有机颜料或炭黑，被机械研磨以产生疏水胶体。分散剂具有同时发生的多种功能:润湿、分散和稳定(防止颗粒团聚)润湿涉及优先替换气体，液体或其他污染物从颜料表面与分子组成的水介质。在此过程中，分散剂可以通过减小颜料表面的接触角而起到表面活性剂的作用。例如，通过介质研磨，分散过程包括机械作用和随后的颗粒尺寸减小，以产生新的颜料表面，需要在分散剂聚合物的辅助下进行润湿。随着颜料总表面积的增大，自由水的体积浓度减小，粘度增大，颜料颗粒结块的趋势增大。这就引出了共聚物分散剂最关键的功能——稳定。胶体粒子受到吸引力和排斥力的影响。这些力的大小决定了稳定性。 Stabilization requires complete wetting and separation of the primary pigment particles, their homogeneous distribution in the medium and the prevention of pigment particle flocculation and/or aggregation. The dispersant polymer acts by adsorbing onto the particle surfaces, encapsulating the pigments and thereby providing a barrier against particle association.稳定可以是静电的和/或空间的。静电稳定2是由于带电分散剂分子优先吸附到颜料颗粒表面以及周围介质内电荷层增厚的结果。分散剂因此影响排斥性电子势能的大小和形状，作为粒子间分离的函数。电子势的大小也是介质离子特性的函数。因此，电荷稳定胶体易受pH值和电解质浓度变化的影响，并且在含有不同zeta电位的混合颜料的体系中效果较差。
立体稳定是梳状或嵌段共聚物分散剂结构的结果，其中一个功能部分(“锚定基团”)对颜料表面具有很强的亲和力，并且从锚定基团延伸到溶剂中是溶剂化的聚合物稳定剂链(“垂坠基团”)，可以防止颜料颗粒缔合。空间稳定是由于溶剂化垂坠基团的构型限制，随着粒子间距离的减小。当粒子接近时，溶剂化链失去了它们的自由度，导致熵的减少。因此，克服这个熵变的驱动力是排斥性的。空间稳定对电解环境不敏感。
丙烯酸/聚醚梳支共聚物
丙烯酸/聚醚梳支共聚物分散剂是水溶性或水分散的梳支共聚物，其基本结构如图1所示。静电和空间机制都有助于稳定颜料分散体的发展。静电稳定依赖于由于梳状共聚物主干上的丙烯酸酯“锚”基团而形成的排斥电荷双层电势。从这些锚基延伸到溶剂中的是垂状聚醚大单体。空间稳定与这些垂链在粒子表面相互接近时的构型限制有关。在热力学上，当粒子相互接近时，系统的自由能增加(DG增加，由于DS减少)，这提供了斥力。如图1所示的共聚物由丙烯酸和聚醚大单体单元组成。其他乙烯不饱和单体和大单体也可并入该结构。其他可能的结构变化包括分子中聚醚垂坠基团的密度及其溶解度。后一种性质是由分子量和烷氧基化的水平和类型决定的。此外，聚醚/丙烯酸梳支共聚物的分子量和多分散性是可控的。共聚物具有高度的结构灵活性，可以根据颜料类型、载体介质和最终应用进行优化。
结果与讨论
水性酞蓝颜料分散体
含有丙烯酸/聚醚梳支共聚物分散剂的酞菁蓝颜料(CI 15:3)的水分散体在小型介质磨(Netzsch Minizeta)中研磨60分钟，使用200毫升的0.800至1.000毫米锆/二氧化硅珠。预混料首先是通过在高剪切叶片分散机上混合材料来产生均匀的混合物，然后再转移到轧机。188金宝搏bet官网使用40 wt. %的颜料和一系列分散剂浓度进行了一系列分散。图2说明了分散剂浓度对粒径的影响。分散剂的最佳水平由图中所示的平均粒径最小值表示。这一等级的分散剂也对应着最狭窄和单分散的粒径分布。
得到图2所示分散体的流变流动曲线。分散体在剪切速率范围内的粘度如图3所示。非牛顿(剪切稀化)流变性和粘度升高是絮凝不稳定性的证据，高于和低于最佳分散剂浓度。在最佳用量下，牛顿流动行为表明分散性稳定。在低分散剂浓度(低于17 wt. %)时，絮凝不稳定是由于色素团聚。分散剂过量时，絮凝作用是由于通过丙烯酸/聚醚梳支共聚物的垂状聚醚基团发生粒子间桥接。
还对油墨的光泽度进行了评估。从表1所示的增加的光泽度值可以明显看出颜料分散体的性质对光泽度的影响。较小的稳定颜料颗粒提供更多的光反射表面，因此比大的、分散较差的、聚集的颜料材料具有更大的光泽度，并且相关的表面积减小。188金宝搏bet官网
用于喷墨油墨的水性碳黑颜料分散体
炭黑的水分散体(低结构，254 m2/g)使用容量为50毫升的卧式磨珠机(Eigermill M50)，在3000 rpm的转速下，加入35毫升的硅酸锆珠，研磨40分钟。预混合料首先在高剪切叶片搅拌器上产生，以产生均匀的混合物，然后转移到轧机。对每种分散剂/颜料组合的测试包括制作一系列固定颜料负载的分散剂(10和15 wt. %)，并改变分散剂的水平。所有分散剂水平均以颜料固体百分比表示。粘度最初被用来寻找最佳分散剂水平-对应于最佳水平的最小粘度。
然后进行了沉降测量试验，以确定分散剂的最佳水平并表征分散剂对稳定性的影响。样品管中的材料被垂直放置在仪器中，近红外光束沿着管扫描，以40微米的间隔进行传输和后向散射读数。任何粒径的变化都会增加或减少沿样管整个长度的后向散射量。随着时间的推移，重复扫描样品将显示颗粒迁移和任何颗粒大小的变化(凝固，再絮凝)。在澄清发生的地方，由于后向散射的增加或减少，粒子迁移/沉降呈现逐步模式。半月板样本可以被看作是一个后向散射点。总的来说，在低于最佳水平时，会发生一些色素沉降。在最佳水平，有较少(或没有)色素沉降或颗粒大小的变化。在最佳水平以上，沉降量没有改善，过量的分散剂导致桥接絮凝(粘度和粒径增加)。
控制丙烯酸/聚醚梳支共聚物结构和分布的能力影响分散剂负载对分散性流变性的敏感性。表2总结了四种不同梳状支链共聚物的最佳分散剂负载以及在这些负载下10 wt. %颜料分散体的粘度。对于不同的共聚物分散剂，粘度与分散剂百分比的差异也被观察到。所有曲线均显示粘度随分散剂的增加而急剧下降，接近最佳添加量。在最佳分散剂用量以上，随着分散剂用量的增加，不同的增粘速率表明不同的颗粒相互作用强度。分散剂B和C的粘度/需求曲线的形状表明，在较高的水平上存在显著的颗粒相互作用(桥接絮凝作用)。这与这些分散剂的分子量比分散剂A和d高的事实是一致的。有趣的是，分散剂B和C是更有效的稳定剂。
含水碳黑彩色喷墨油墨
喷墨油墨的配方由分散液组成，包括用水稀释和添加各种助溶剂，保湿剂和油墨添加剂，如表面活性剂和消泡剂。这些材料可以188金宝搏bet官网通过化学和/或物理效应强烈地影响颜料的稳定性。与一系列助溶剂/保湿剂和添加剂的兼容性首先通过单独添加每种材料和表征其物理性能来评估。在相容性测试的基础上，配制了一系列喷墨油墨，并对其稳定性和物理性能进行了表征。以丙烯酸/聚醚梳支分散剂为基础的水性炭黑分散体制备了三种不同的喷墨墨水(见表3)。墨水表现出适合印刷的物理性能(粘度、表面张力、过滤性)，并且具有与分散体相同的稳定性(基于沉积测量)。
含水碳黑着色喷墨油墨的打印机试验
墨水通过喷墨打印头加载和打印。对油墨A配方(表3)进行了轻微修改，以生产一种基于丙烯酸/聚醚梳支共聚物分散剂的油墨，该油墨在用于测试的热喷墨打印机(HP 720C)中表现良好。调整后的公式见表4。对这种墨水进行的测试包括装弹、底漆的容易程度和多页纯色印刷，以评估墨水的连续发射能力。该测试将突出任何常见的故障，如面板湿润，饥饿或kogation。还进行了脱碳/驻留/可恢复性研究。利用图像质量分析设备和液滴成像系统对喷墨打印性能进行了研究。并对油墨的湿牢度和长期稳定性进行了评价。
在装好墨盒并将其插入打印机后，墨水立即在所有喷嘴上工作。装载的便利性表明打印头内的墨水路径有很好的润湿。
打印出了10页的实体块，相当于大约14毫升的墨水(墨盒的三分之一)。在10页的印刷过程中没有丢失喷嘴，并且从第一页到第十页的光密度没有降低。这一结果表明没有饥饿或饥饿，面板的检查也显示没有面板湿润。图像质量的分析也用于评估是否有任何恶化的图像质量在一个墨盒的生命周期。这是通过将墨盒装满墨水，并将初始图像与墨盒几乎空后打印的图像进行比较来完成的。在初始图像和最终图像之间，墨水连续打印(25页纯色)。印刷质量没有恶化，这进一步证明没有面板湿润，饥饿或kogation。Kogation是一种与热喷墨打印头相关的失效现象。烧制过程(气泡形成和液滴喷射)导致油墨中的材料不稳定(热降解)。188金宝搏bet官网降解的材料沉积在打印头的电188金宝搏bet官网阻上，随后的点火会产生更小的液滴。 Finally, the print fades to nothing.
高倍率镜头和相机系统用于观察打印图像的打印质量。图5a和5b显示了打印到三种不同类型媒体上的点和线的图像。使用OEM墨水(适用于HP 720C)获得的图像用于比较。
通过将打印样品置于水中一段时间(1,5和30分钟)并测量光密度的任何下降来评估耐水性。光密度没有变化。通过对油墨进行高温老化，研究了油墨和基准油墨的长期稳定性。将油墨过滤至1mm，置于45℃的烘箱中，每周评估其物理性能和稳定性。用沉积法测定了滤失、粘度和表面张力，并对其稳定性进行了评价。表5显示了老化前后的属性。每隔一周，油墨无明显沉降，易于滤过1mm，无残留，粘度和表面张力无变化，沉降测量表明油墨稳定。
总结
涂料和油墨技术中的许多力量推动了对高性能颜料分散剂的需求。高固相配方和低voc水性涂料的发展趋势要求低分子量、低功能的粘结剂树脂。因此，作为研磨树脂有效的高分子量、高功能的粘结剂树脂较少可用。在喷墨油墨印刷中，由于需要产生更多耐光图像，提高耐久性和耐水性，有一种强烈的趋势，从可溶性染料转向颜料。在本文中，我们介绍了一种基于通用梳支共聚物结构的新型分散剂技术，并证明了其在不同颜料体系和应用中的有效性。调节共聚物组成和分子分布的能力可以在着色系统中获得最佳的稳定性和性能。欲了解更多信息，请访问www.lyondell.com，电子邮件steve。schwartz@lyondell.com，或致电888/777.0232。
参考文献
1 Parfitt, G.D.粉体在液体中的分散，第3版，应用科学，英国，1981。
2韦韦，E.J.W.;欧佛比克，J.Th.G。疏水胶体溶解度理论，Elsevier Pub。阿姆斯特丹公司，1948年。
3纳珀，D.H.胶体分散体的聚合稳定，学术出版社，1983。
确认
作者非常感谢Netzsch USA和Xennia Technology对本文的贡献。
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