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淺述分散劑對(duì)高速研磨分散超細(xì)研磨效果的影響

高速研磨式分散機(jī)是高效、快速、均勻地將一個(gè)相或多個(gè)相(液體、固體)進(jìn)入到另一互不相溶的連續(xù)相(通常液體)的過程的設(shè)備的設(shè)備。當(dāng)其中一種或者多種材料的細(xì)度達(dá)到微米數(shù)量級(jí)時(shí)，甚至納米級(jí)時(shí)，體系可被認(rèn)為均質(zhì)。當(dāng)外部能量輸入時(shí)，兩種物料重組成為均一相。由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的高切線速度和高頻機(jī)械效應(yīng)帶來的強(qiáng)勁動(dòng)能，使物料在定、轉(zhuǎn)子狹窄的間隙中受到強(qiáng)烈的機(jī)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(yīng)熟工藝和適量添加劑的共同作用下，瞬間均勻精細(xì)的分散乳化，經(jīng)過高頻管線式高剪切、分散、均質(zhì)、乳化的循環(huán)往復(fù)，最終得到穩(wěn)定的高品質(zhì)產(chǎn)品。

在粒度逐漸細(xì)化的過程中，顆粒在范德華力、雙電層靜電作用等影響下會(huì)重新團(tuán)聚。因此，可以認(rèn)為顆粒超細(xì)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(zhì)變，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“粉碎?團(tuán)聚”的可逆過程。當(dāng)這正反兩個(gè)過程的速度相等時(shí)，便達(dá)到了粉碎過程中的動(dòng)態(tài)平衡，則顆粒尺寸達(dá)到極限值。此時(shí)，進(jìn)一步延長粉碎時(shí)間是徒勞的。因?yàn)檫@時(shí)的機(jī)械力已不足以解聚團(tuán)聚體使顆粒進(jìn)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(tuán)聚體，于是，所謂的“逆研磨”、“返粗”現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)。從某種程度上說，分散劑的恰當(dāng)選擇是解決“逆研磨”、“返粗”現(xiàn)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(yīng)用于超細(xì)濕法研磨的分散劑有三大類，即無機(jī)類、有機(jī)類、有機(jī)聚合物類。

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

（2）有機(jī)類（聚合電解質(zhì)）。聚合電解質(zhì)是一個(gè)大分子，部分或全部由具有可電離基團(tuán)的單體構(gòu)成。該類分散劑多用于水性體系，對(duì)無機(jī)顏料的潤濕分散作用效果較好。

（3）有機(jī)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(duì)無機(jī)顏料和有機(jī)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(jī)聚合物類分散劑，聚合物類分散劑的特點(diǎn)是：

（1）無機(jī)分散劑會(huì)對(duì)電導(dǎo)率、介電常數(shù)帶來不良影響，在某些領(lǐng)域內(nèi)使用受到限制，而聚合物分散劑則不受其限；

（2）在生產(chǎn)時(shí)具有可控的相對(duì)分子質(zhì)量，而較高的相對(duì)分子質(zhì)量有一定的分散穩(wěn)定性；

（3）分散能力強(qiáng)，穩(wěn)定效果好，對(duì)分散體系中的離子、pH值、溫度等因素敏感程度?。?/span>

（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(jié)省機(jī)械操作時(shí)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(chǎn)出的分散劑由于分子量不一樣，產(chǎn)品指標(biāo)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(shí)驗(yàn)才能最終確定。

分散劑的作用機(jī)理：

    使用分散劑可以穩(wěn)定分散顆粒體系，防止黏性介質(zhì)的顆粒團(tuán)聚?？赏ㄟ^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(jié)構(gòu)，外層分散劑極性端與水有較強(qiáng)親合力，形成空間位阻效應(yīng)。

（4）使體系均勻，懸浮性能增加，不沉淀。

 一種適宜的分散劑應(yīng)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(dāng)?shù)南嗳菪?；熱穩(wěn)定性良好；

（3）成型加工時(shí)的流動(dòng)性好；

（4）分散劑分子吸附顆粒為物理吸附，而不影響產(chǎn)品的性能；

（5）無毒、價(jià)廉。

選用分散劑應(yīng)考慮的因素

（1）溶劑體系。按介質(zhì)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(yīng)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(cuò)，不僅起不到潤濕分散效果，還會(huì)造成意想不到的結(jié)果。

（2）物料性質(zhì)。不同物料其電荷性質(zhì)不同，首先要分清是無機(jī)物還是有機(jī)物。產(chǎn)品應(yīng)細(xì)化到某一物料使用某一助劑達(dá)到最佳效果的地步，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，并不一定能達(dá)到最佳效果。大多數(shù)分散劑還只是通用，這就需要使用者逐漸試驗(yàn)進(jìn)行選擇。

（3）體系相容性。在一個(gè)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(qiáng)，很可能會(huì)使消泡劑乳化而喪失消泡能力。應(yīng)注意相容性，有利于配方均衡，使產(chǎn)品綜合性能得以兼顧。

（4）不影響產(chǎn)品的性能。例如：無機(jī)分散劑的構(gòu)成離子對(duì)陶瓷的電導(dǎo)率、介電常數(shù)等有不良影響，所以無機(jī)電解質(zhì)類分散劑不能用于精細(xì)陶瓷原料的制備。選擇分散劑，一定是在不影響產(chǎn)品性能的前提下進(jìn)行。

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

選擇分散劑的方法

（1）在選擇分散劑時(shí)，可采用以下兩種方法進(jìn)行：

① 用重力沉降法對(duì)分散劑效率進(jìn)行初步篩選。相對(duì)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(shí)際指標(biāo)。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(huì)越低。由于粘度的逆增長或平穩(wěn)效應(yīng)在分散劑濃度低時(shí)也常常表現(xiàn)出來，分散劑過量不僅會(huì)造成浪費(fèi)，也會(huì)帶來其它負(fù)作用。

（2）針對(duì)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(jù)以下思路進(jìn)行研磨實(shí)驗(yàn)。一般地，時(shí)間越短、細(xì)度越細(xì)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(shí)間的細(xì)度或達(dá)到同樣細(xì)度時(shí)的研磨時(shí)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(shí)間的細(xì)度或達(dá)到同樣細(xì)度的研磨時(shí)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(shí)間的細(xì)度或達(dá)到同樣細(xì)度的研磨時(shí)間。

分散劑分散效果的評(píng)定方法

選用分散劑后所達(dá)到的研磨效果如何，可采用以下方法進(jìn)行評(píng)定:

（1）用粒度測試方法測定細(xì)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(tài)，是否有絮凝、析出等現(xiàn)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(rèn)為紅色帶黃相、黃色帶綠相、綠色帶藍(lán)相、藍(lán)色帶紅相時(shí)，顏料分散效果較好；

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

綜上所述，超細(xì)研磨過程中分散劑的選擇是一項(xiàng)復(fù)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(duì)產(chǎn)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(xì)研磨漿料中顆粒之間軟團(tuán)聚體，使顆粒在體系中分散穩(wěn)定，提高超細(xì)研磨效果。