對于生產(chǎn)著色力高和儲存穩(wěn)定性良好的高品質(zhì)顏料濃縮漿來說，潤濕分散劑是必不可少的助劑。然而，它們的親水結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致漆膜的保護效能降低，尤其是對水性涂料。

本研究的目的是開發(fā)出用于水性顏料濃縮漿的聚合物型潤濕分散劑，且不會對水性涂料的防腐性能產(chǎn)生明顯的負面影響。本研究比較評估了采用多種聚合工藝所制備的聚合物。

潤濕分散劑讓分散過程效率更高

分散過程中需要研磨顏料附聚體，從而最大地展現(xiàn)出顏料（往往很昂貴）的顏色性能，滿足光學(xué)方面的要求，例如色點、色強度、色度和透明度。潤濕分散劑潤濕顏料表面，避免分散后的顏料顆粒再次附聚。

高品質(zhì)水性涂料里，聚合物型潤濕分散劑可通過官能團的吸引作用而錨定于顏料表面。由于它們的大分子結(jié)構(gòu)和靜電排斥作用，這種分散劑可保證涂料內(nèi)部獲得足夠的穩(wěn)定性[1,2]。

和低分子量產(chǎn)品相比，含聚合物型潤濕分散劑的漆膜通常有更高的耐機械性能和耐化學(xué)性能。盡管如此，但聚合物型助劑對水性涂料的耐水性和防腐性仍然有著負面的影響。這種影響產(chǎn)生的原因可以通過錨定基團的高極性來解釋，特別在涂料基體內(nèi)部的部分聚合物并未固定于顏料表面時，這種現(xiàn)象則更加明顯。

聚合物型分散劑的效率與分子量、單體選擇以及單體單元在聚合物上的排布關(guān)系密切[1-3]。當(dāng)錨定基團之間的距離很近時，分散劑與顏料表面的固定效果更好。圖1顯示的是組成相同，但結(jié)構(gòu)不同的聚合物：純統(tǒng)計學(xué)分布即單體在聚合物中呈隨機分布的聚合物（a）；單體積聚于聚合物一端的嵌段共聚物（b）。嵌段共聚物由錨定和穩(wěn)定單體組成，因此組成了高效的潤濕分散劑。

接枝共聚物是一種特殊的類型，錨定基團既可位于梳狀聚合物的側(cè)鏈上，也可位于聚合物主鏈上（圖2）。自然這些結(jié)構(gòu)能夠與顏料表面接觸特別多，因此被視為高效的潤濕分散劑。圖3可以看到，和純AB嵌段共聚物相比，每單位體積里接枝聚合物的錨定基團和穩(wěn)定鏈段的數(shù)量要多得多。 

能夠生產(chǎn)指定結(jié)構(gòu)聚合物的現(xiàn)有方法有很多，包括加成聚合，離子聚合和自由基聚合等等[4]。

關(guān)于自由基聚合工藝，大分子單體的自由基聚合(FRP)就可用于制備接枝共聚物，而這就是靈活的受控自由基聚合(CRP)，即像所有靈活的聚合方法一樣，合成嵌段共聚物時可以靈活調(diào)整嵌段數(shù)量、嵌段長度以及嵌段長度的分布[5，6]。

每種方法從技術(shù)角度或者商業(yè)角度都有利有弊。例如，靈活的受控自由基聚合(CRP)可創(chuàng)造出各種聚合物結(jié)構(gòu)，但生產(chǎn)這些聚合物往往耗時很長。另一種工藝缺點則是銅催化劑或烷基鹵化物的分離問題，因為它們會引起變色，影響漆膜的防腐性能。

比較而言，采用自由基共聚（FRP）的（甲基）丙烯酸酯類常常會導(dǎo)致統(tǒng)計學(xué)分布，附著時的選擇性依賴于各自單體對彼此的共聚常數(shù)[7]。這種方法的優(yōu)點是對起始原料的純度要求最低，技術(shù)角度上來看容易處理。

本文研究了采用各種生產(chǎn)工藝制得的潤濕分散劑，并將它們應(yīng)用于水性涂料進行了廣泛的評估。

本文比較了采用自由基聚合制備的梳狀接枝共聚物和CRP工藝得到的聚合物。還比較了傳統(tǒng)的共聚物型分散劑，選擇的是一只用于水性工業(yè)涂料的標準產(chǎn)品。

本研究目的在于通過比較顏色性能和防腐性能，提供一只效率盡可能高的潤濕分散劑產(chǎn)品。

研究比較了的共聚物分散劑有：

MS – 市場標準：通過自由基聚合得到的傳統(tǒng)共聚物型分散劑（共聚單體呈統(tǒng)計學(xué)分布）

CRP – 通過受控自由基聚合得到的接枝共聚型分散劑（與FRP1 組成相同）（精確的交互結(jié)構(gòu)）

FRP1 – 通過自由基共聚得到的接枝共聚型分散劑（共聚單體呈統(tǒng)計學(xué)分布）

FRP2 – 通過自由基聚合得到的接枝共聚物型分散劑（優(yōu)化的組成）

顏料濃縮漿的生產(chǎn)

評估的顏料有：PR 101，氧化鐵紅；PB 15:4，酞菁藍；顏料濃縮漿的配方列于表1。研磨設(shè)備為Skandex震蕩機，研磨介質(zhì)為200 g玻璃珠（ø 2.5-2.8 mm），分散時間為1小時（PR 101）或2小時（PB 15:4）。

表1：顏料濃縮漿的配方

測試用涂料

本文測試了顏色和鹽霧方面的性能，測試的體系為室溫固化的水性雙組分涂料，顏料濃縮漿的加入量為PR101：8，PB 15:4：4%。同時我們還在其它配方里也進行了測試，如水性聚酯-氨基烤漆。由于結(jié)果類似，所以并未在這里討論。測試體系為單組份丙烯酸底漆，加入了PR 101的濃縮漿，比例為7：3。

測試方法

根據(jù)DIN EN ISO 3219方法測試了顏料濃縮漿的流變性能，流變計為Thermo Electron公司的RotoVisco1（錐板CP 35/2°，D=0-1000 s-1）。顏色性能則是通過測量顏色的分光光度，即將雙組份聚氨酯涂料應(yīng)用與Leneta卡紙上，濕膜厚度為150 µm，然后使用X-Rite的SP62分光光度計就行測量。鹽霧測試按照DIN EN ISO 9227方法（1200 h），基材為鐵板，測試涂料是雙組份聚氨酯體系。水吸收率則是通過稱重法來測定，即首先與鋁板上涂布單組份底漆后稱量初始重量，然后將鋁板水浴置于水浴中，室溫24小時后再稱重。

結(jié)果討論

顏料濃縮漿的流變性能

圖4：儲存前后含不同潤濕分散劑的顏料濃縮漿的動態(tài)粘度(D=100 s-1)，顏料為PR 101和 PB 15:4，儲存條件為50°C，7天

圖4顯示的是儲存前后顏料濃縮漿的動態(tài)粘度。研究所用的分散劑（CRP，F(xiàn)RP1，F(xiàn)RP2）均有良好穩(wěn)定的粘度性能。測量結(jié)果上不同的產(chǎn)品之間并無明顯區(qū)別。從趨勢上看，優(yōu)化的潤濕分散劑（FRP2）的降粘效果更為明顯。采用市場標準產(chǎn)品（MS）制得的藍顏料濃縮漿儲存后粘度有所下降。這說明顏料分散后才被潤濕，顯示潤濕效果更慢。而儲存后的含MS的PR 101濃縮漿則產(chǎn)生了負面的增粘效果。

一般而言，采用受控聚合方式可以得到分子量分布更窄的產(chǎn)品，這對溶劑型涂料有著正面的效果。但對水性色漿來說，由于分散體的粘度與聚合物分子量無關(guān)，所以并無益處[8]。

最好的顏色性能

表2：含不同分散劑的雙組分聚氨酯全色漆的顏色性能，顏料為PR 101 和PB 15:4

表2列出的是本實驗所測試產(chǎn)品的顏色性能，可以看到性能接近，但是FRP2的著色力和相容性（霧影）更好一些。和市場標準產(chǎn)品（MS）相比，含測試產(chǎn)品（CRP，F(xiàn)RP1，F(xiàn)RP2）的有機藍顏料展現(xiàn)出稍高的著色力。而對于無機紅顏料，和市場標準產(chǎn)品相比相容性更好，著色力則稍高（高5%）。

這顯示對于水性接枝共聚物分散劑，對于聚合物結(jié)構(gòu)上的單體分布要求并不苛刻。然而通過FRP1 與 FRP2的比較可以看出對組成的要求則更為嚴格。

防腐性能的新標準

圖5顯示的是含雙組份聚氨酯的水性工業(yè)涂料在鹽霧測試后的結(jié)果。兩種涂料含有有機的酞菁藍和無機的氧化鐵紅。使用標準分散劑（MS）的涂料展現(xiàn)出最大的破壞，既有氣泡出現(xiàn)，又有腐蝕蔓延，顯示對漆膜的保護不足。

含相同組成的潤濕分散劑（受控型CRP以及自由基聚合型FRP1）的涂料品質(zhì)相同，特別是氣泡情況比市場標準稍好一些。含優(yōu)化分散劑FRP2的涂料結(jié)果優(yōu)異。整個鹽霧試驗中涂料并未有大的變化。

圖5：鹽霧測試結(jié)果（DIN EN ISO 9227；1200 h）（體系：基于顏料PB15：4（上）和PR 101（下）的水性雙組份聚氨酯涂料；基材：鐵板；分散劑：從左至右為MS，CRP，FRP1，FRP2）

降低吸水性提高保護性

  

圖6：基于不同分散劑的單組份丙烯酸底漆，含PR 101顏料濃縮漿；基材：鋁，室溫水中儲存24小時后測量

吸水性測試進一步確認了鹽霧測試的結(jié)果（圖6），市場標準分散劑的吸水性最高。涂料含兩只組成相同但合成工藝不同的分散劑（CRP，F(xiàn)RP1）的結(jié)果相似。涂料含優(yōu)化分散劑FRP2的吸水率最低。實際上，水接觸漆膜可使漆膜溶脹，導(dǎo)致漆膜更軟更易于被破壞，而吸水性低則讓漆膜的溶脹性盡可能低，從而獲得較高的機械性能。最后要說明的是，含有優(yōu)化分散劑FRP2的漆膜沒有出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象，外觀沒有變化。

結(jié)論

本研究比較了采用受控自由基聚合和自由基聚合所得到的潤濕分散劑。結(jié)果顯示合成工藝并不會太大地影響水性顏料濃縮漿的顏色或流變性能。并且不同的工藝對腐蝕性或吸水性的影響也沒有明顯區(qū)別。因此接枝聚合物的單體是否嚴格分布（CRP）或隨機（FRP1）分布，看起來不會影響所評估的性能。和市場標準產(chǎn)品相比，所評估的潤濕分散劑光譜性能更好。甚至優(yōu)化組成的FRP2的光譜性能增加地更為明顯[9]。

結(jié)果一覽表

■采用自由基聚合和受控自由基聚合制備了接枝共聚物。

■從流變、顏色和耐腐蝕方面，研究了用于水性顏料濃縮漿和工業(yè)涂料的潤濕分散劑的性能。

■結(jié)果顯示兩種聚合技術(shù)得到的產(chǎn)品性能接近。但聚合物型助劑的組成會影響性能。

■這些潤濕分散劑中最優(yōu)異的產(chǎn)品可滿足流變和顏色性能的要求，同時提供良好的防腐蝕性能。

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