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摘 要：在介质中，颜料以细微的颗粒形式高度分散，因而其颗粒大小，分散性及分散稳定性很大程度上影响着颜料应用性能的发挥，而颜料原生粒子具有较大的比表面积和较高比表面能，在制备和后处理过程中极易发生附聚、絮凝，形成二次粒子，使粒子粒径变大，最终失去所具有的性能。水性涂料分散剂就是其中非常基础且重要的一种。水性涂料分散剂适用于各种水性体系，传统的水性分散剂有许多不足之处，如其亲水基团即锚固基团在极性较低或非极性的颗粒表面结合不牢固，极易解吸从而导致颗粒重新聚合、絮凝；其亲油基团即溶剂化链不具备足够长的碳链长度，不能产生足够的空间位阻效应起到稳定的作用。因此为了解决这些缺陷，本实验通过改变一些条件来制备改性的水性分散剂。本次实验，以丙烯酸和丙烯酸丁酯为原料在不同条件下共聚，并对所制备的水性分散剂的固含量、螯合力和吸光度进行测定，从而研究其性质以及对水性涂料分散体系的作用。
关键词： 水性涂料，改性水性分散剂，螯合力，吸光度
1 引言
颜料是制造油漆、油膏、油墨、化妆品等最重要的原料，是一种彩色细粒粉末材料。颜料在水中溶解后，会形成悬浮液，但静置后，会立即从原始颗粒中形成聚集体甚至团块[1-2]。原始离子的悬浮液是颜料分子分散后的理想状态，或者至少是只含有原始粒子和聚集体的悬浮液。在介质中，颜料以细颗粒的形式高度分散，因此其粒径、分散性和分散稳定性对颜料的应用性能有很大影响。然而，该颜料的一次粒子具有较大的比表面积和高比表面能，在制备和后处理过程中容易团聚和絮凝，形成二次粒子，使粒径变大，最终失去其性能。因此，在使用颜料时，首先要解决颜料在介质中的分散问题。
水基涂料分散剂适用于各种水基体系。阴离子型水性涂料分散剂适用于水性涂料中无机颜料的分散。可作为水性乳液涂料的颜料分散剂、稳定剂和防沉降剂。它不起泡，可以增加薄膜缺陷和消泡剂的数量。同时，它还可以降低研磨部分粘度，提高操作性，保持乳胶粘度的稳定性，避免颜料沉积和固结。如果与非离子型润湿剂配合使用，可获得合适的润湿分散效果和良好的稳定性，避免分色和上浮。水基涂料也可在潮湿条件下直接使用；水基涂料附着力强，不易脱落。水基涂层工具易于清洗，可有效减少清洗溶剂的用量。传统分散剂的局限性主要在于其分子结构。它对色素颗粒的吸附能力很弱。它很容易脱落，形成分散颗粒的沉淀。该体系不稳定，不能长期存在，会影响漆膜的外观、硬度和耐老化性[3]。与传统分散剂相比，水性分散剂的分子结构包含亲水基团和亲油基团，这两个基团在溶解度和极性上是相对的。亲水基团的作用是更好地溶解和稳定水体系中的色素[4]，使整个体系更加稳定。亲脂性基团可以由烷基、苯环、烷芳基、烷基等提供，而亲水性基团可以由羟基、磺酸、羧基、氨基和长聚醚链提供。疏水性末端单体多为不饱和烃，如苯乙烯、乙烯、丁二烯等。本文选用丙烯酸丁酯和丙烯酸为单体，过硫酸铵为引发剂合成丙烯酸丁酯共聚物。亲油性基团由丙烯酸丁酯提供，亲水性基团由丙烯酸提供。
颜料是涂料行业最重要的原材料[1,2]。颜料以颗粒状高度分散在介质中。因此，其粒径、分散性和分散稳定性直接关系到并影响颜料的性能。初级色素颗粒在制备和后处理过程中容易团聚和絮凝，形成次
级颗粒，使粒径变大，最终失去性能。因此，在使用颜料时，首先要解决颜料如何在介质中良好分散的问题。
2实验
2.1实验器材与仪器
250ml四口烧瓶；橡皮管；HH-S数显恒温水浴锅（常州金坛精达仪器制造有限公司）；培养皿；胶头滴管；球形冷凝管；顶置式电动搅拌器（上海科兴仪器有限公司）；100ml量筒；10ml试管；滴液漏斗；温度计；热风循环烘箱881（吴江华飞电热设备有限公司）；广泛PH试纸；千分之一电子天平（金测电子科技有限公司）；酸碱滴定管；250ml锥形瓶；25ml移液管；100ml容量瓶；50ml比色管；可见光分光光度计（让奇仪器科技有限公司），玻璃棒，烧杯。
2.2实验方法
在四口烧瓶中加水（48.5g），根据实验方案称取丙烯酸丁酯、丙烯酸、过硫酸铵，将称好的原料放入同一烧杯中混合均匀并溶解，如果有未溶解的过硫酸，就在烧杯中加入少量蒸馏水，同时烧瓶中减去等量的水，使总质量保持在70g，将溶解好的混合物（透明澄清液，如有浑浊，那么可能试剂失效）加入到滴液漏斗中。等水浴锅温度达到目标温度后，打开搅拌器，开始滴加混合物，滴加时速度不宜过快，滴加时间保持在2个小时左右，待滴液漏斗内的溶液全部滴完后，保持温度继续反应半个小时后将产物倒出，产物pH用氨水滴定至7，产物呈乳白色透明粘稠状液体。
改实验中，变量分别为丙烯酸丁酯和丙烯酸单体的比例、反应的温度以及引发剂的含量。产品选用一个条件为参照标准（丙烯酸含量为17.1g(80%)，丙烯酸丁酯含量为3.7g，过硫酸铵用量为0.66g，反应温度为80℃）。分别改变丙烯酸的含量（14.4g，15.3g，16.2g，17.1g，18.0g），引发剂的用量（0.22g，0.44g，0.66g，0.88g，1.10g），反应温度（70℃，75℃，80℃，85℃，90℃），共可制成丙烯酸丙烯酸丁酯聚合物13份。
3结果与讨论
在测定性能的实验中，螯合力越大说明分散剂与颜料分子结合的越好，分散剂吸附能力强。吸光度越大说明溶液越浑浊，而浑浊是由溶液中悬浮的碳酸钙导致的，溶液越浑浊说明溶液中悬浮的碳酸钙越多，分散性能就越好。螯合力一定程度上守到丙烯酸丙烯酸丁酯配比影响，在水性涂料分散体系中，亲水基团并不是想象中的多多益善（亲水基团过多，水溶性越强，螯合能力反而减弱）。丙烯酸丙烯酸丁酯共聚物对钙离子的螯合能力随丙烯酸含量
的增加不断增强，在丙烯酸含量为17.1g即80%左右时达到顶峰，此后，如果继续增加丙烯酸的含量，所制得的分散剂的螯合力反而大幅度下降。
4总结
（1）实验经常会失败，有一些事项需要注意：丙烯酸不稳定，它的凝固点较低，在低温情况下容易变成固体，而实验开展的时候气温还不算太高，因此需要注意对丙烯酸的保存；丙烯酸在有时候会发生自聚导致变质无法使用，因此在实验进行前必须观察丙烯酸是否含有白色絮状沉淀，检验丙烯酸是否变质；实验过程中会出现爆聚的现象，其原因是在四口烧瓶的小部分部位，反应温度上升迅速且剧烈，反应速率也大大加快，无法控制链反应的速率从而引发爆聚，还有一个原因是有机物单体的聚合反应都会放出大量的热量,同时需要有少量引发剂参与来引发聚合的链反应，但是如果引发剂加入的不均匀，无法均匀且快速扩散的话，就没办法散去反应过程中产生的大量的热量，这也会导致爆聚的发生。而一旦发生爆聚，不但实验会失败，还会引发一系列安全问题，因此在实验过程必须预防和避免爆聚；理论上有一种条件下的产物，三组对比实验中都会用到，因此只需制备13份样品即可，但实际上操作时，因为实验室位置、条件（保存条件简陋），以及实验进行时外界天气的原因（连续的阴雨，环境潮湿）和人为操作原因，实际上要制备15份样品，不然实验结果会存在较大误差。最后就是在测定产物螯合力的滴定实验中，滴定的终点是产生永久性的白色沉淀，但部分产物本身就是白色，白色沉淀在白色容易中较难观察，因此对这些产物进行滴定时必须尤为细致，控制滴定速度。
参考文献
[1]郑水林,王彩丽.粉体表面改性[M].北京:中国建材工业出版,2011:79.
[2]宋晓岚,王海波,吴雪兰,等.纳米颗粒分散技术的研究与发展[J].化工进展,2005,24(1):47-52.
[3]张志方,李元杰,王峰,刘红英.水性涂料用高分子分散剂的研究进展[J].山东：德州学院,2010.
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