静电稳定与位阻稳定分散剂的原理机制和作用

静电稳定与位阻稳定：分散剂在颜料分散中的重要作用

在颜料分散的过程中，稳定性是确保涂料和色浆质量的关键因素。静电稳定和位阻稳定是两种常用的稳定机制，分散剂在其中发挥着重要作用，帮助防止颜料颗粒的聚集和絮凝，确保最终产品的均匀性和稳定性。本文将深入探讨静电稳定和位阻稳定的原理及其应用。

静电稳定原理

在静电稳定中，分散的固体颗粒表面因离子的选择性吸附而带电，使得相邻的液体层中充满反电荷。根据Stern模型，颗粒表面形成的双电层包含一个吸附层和一个扩散层。当两个颗粒相互靠近时，双电层的相互作用会带来电荷间的排斥或吸引：带相同电荷时颗粒排斥，带相反电荷时吸引。DLVO理论进一步描述了静电作用力和范德华吸引力之间的关系。

分散剂能显著影响颜料颗粒的表面电荷，通过引入强电荷产生高排斥势能，从而有效抑制絮凝。聚电解质类分散剂，如聚磷酸盐和聚丙烯酸盐，具有稳定的聚合物结构，能长久吸附于颜料表面，并带来较高的表面电荷。由于水的高介电常数，静电稳定机制在水性体系中表现最佳。然而，在有机溶剂中，由于电荷较弱和双电层厚度减小，静电稳定效果不如水性体系明显。

除了介电常数，溶液中的离子浓度和离子价数也影响双电层的稳定性。例如，高浓度的多价离子会削弱甚至破坏电荷稳定机制。

带负电荷的颗粒周围的双电层，吸附层（Stern层）和扩散层

位阻稳定原理

不同于依靠电荷的静电稳定，位阻稳定通过吸附在颗粒表面的聚合物层产生排斥势能。每个颗粒都被一层溶剂化的聚合物分子包裹，当两个颗粒靠近时，聚合物层之间发生重叠，导致渗透压将溶剂推入重叠区域，从而使颗粒相互排斥。由于聚合物分子在重叠区域内的构型被限制，熵降低产生额外的排斥力，从而增强分散稳定性。

对于实现有效的位阻稳定，所选助剂通常具备两个关键特征：

1. 颜料亲和基团：帮助助剂强力吸附于颜料颗粒表面。
2. 基料相容链段：在吸附后从颜料表面延伸至溶剂中，形成稳定的聚合物保护层。

聚合物链段良好的溶剂化是实现稳定的关键。在不相容的基料中，聚合物链段会卷曲，从而降低分散剂的有效性。因此，在选择分散剂时需特别注意其与基料的相容性。

当颜料颗粒互相接近时，聚合物链段相互渗透，从而带来位阻稳定

静电稳定与位阻稳定的应用对比

• 水性体系：静电稳定更适用于水性体系，如乳胶漆中广泛使用的聚磷酸盐和聚丙烯酸盐分散剂。聚磷酸盐与多价离子（如钙离子）具有良好的络合作用，能减少离子对稳定性的影响。
• 非水性体系：位阻稳定在非水性体系中表现更佳，因其不依赖于高介电常数。通过基料相容链段的作用，位阻稳定既能防止絮凝，还能提供颜料润湿效果。因此，一些含有颜料亲和基团和基料相容链段的助剂既可用作分散剂，也可作为润湿剂，无需额外添加润湿助剂。

结论

静电稳定和位阻稳定分别在水性和非水性体系中发挥重要作用。静电稳定依赖于双电层电荷的排斥，而位阻稳定则依赖聚合物层的溶剂化和扩展。选择合适的分散剂时需考虑体系的特性、基料的兼容性及离子浓度等因素，以确保稳定的分散效果。