分散剂是一种常见添加剂，它可以帮助不溶性的固体颗粒（如颜料、填料、纳米颗粒等）均匀分散在液体介质，被广泛使用于锂电池浆料、光阻浆料、油漆、涂料、油墨、抛光液等产品中，具有降低浆料的粘度、提高浆料的稳定性（防止固体颗粒的二次凝聚及沉降的作用）、实现高浓度化、改善分散工艺过程中的效率等作用。

涂料中良好分散性和不良分散性之间的遮盖力差异

来源参考资料1

一、颗粒分散的三个阶段

添加到浆料/悬浮液中的粉体颗粒通常以初级粒子的附聚体和凝聚体混合形式存在，需要通过一定的手段将其分散，使颗粒解离并均匀分布在基质中，从而实现理想的产品性能，这一过程通常包含如下三个方面，1、固体颗粒在液相中的润湿；2、固体颗粒团聚体的解聚和分散；3、解聚后的浆料稳定化，防止再次团聚。

1、润湿

润湿是指颗粒与颗粒之间的界面被颗粒与溶剂、分散剂等界面所取代的过程，润湿主要是由液相表面与颗粒表面的极性差异程度决定，粉体在液相中润湿的好坏是粉体能否均匀分散的重要前提，润湿不好会产生团聚、结块，会影响到后面进一步的分散混合。

2、分散

通过高剪切力研磨设备将凝聚体和附聚体打散为更小的单位，最好是初级粒子。在此阶段，具有高效润湿能力的分散剂也是一种助磨剂，它能够降低液/固之间的界面张力，可提高粒子的分散效率，缩短研磨时间。

3、稳定

被打散的颗粒表面积增大，暴露出更多的表面能，导致颗粒间容易产生相互吸引（如范德华力等），如果不稳定颗粒，它们会重新聚集形成附聚体或凝聚体，破坏分散效果。此外，多数产品在制浆后需要保持较长时间的稳定性，例如喷墨油墨这样的应用，如果颗粒在储存过程中发生沉降或聚集，会影响墨水的流动性和打印效果，甚至造成打印头的堵塞。因此，分散剂的稳定作用至关重要。

二、分散机的分散机制

分散剂通过物理（如范德华力、氢键、静电相互作用）或化学（强的化学键结合，如共价键或离子键）的方式吸附在颗粒表面，使颗粒之间保持距离，降低不受控制絮凝的倾向，在实际应用中只要是通过静电排斥的时候或空间位阻的方式来实现，其作用机制主要有以下三种。

①静电稳定机制；②空间位阻；③静电空间位阻稳定

来源：参考资料3

1、静电斥力稳定机制

这种类型的稳定机理基本上只限于水性体系，因为只有水的高介电常数才能产生足够强的电荷。分散剂在颗粒表面吸附并使颗粒带上相同电荷，从而产生的排斥力，减少它们之间的吸引力，防止颗粒聚集。

静电互斥稳定机制（来源参考资料4）

2、空间位阻稳定机制

吸附在粒子表面上的高分子聚合物能有效阻止胶体粒子的凝聚，使分散体处于稳定状态，这种稳定作用被称之为空间位阻效应，可以用于水性和溶剂型系。这类产品有特殊的锚定基团能够强烈地吸附到颗粒表面，并且包含能为所需的溶剂或树脂溶液体提供空间位阻稳定的高分子链段。

空间位阻稳定机制（来源参考资料4）

3、静电空间位阻稳定（电空间稳定）

在前述情况下，如果这种高分子聚合物是一种高分子聚合电解质，在某个确定的pH值下，它能起到双重稳定作用，这种情况，就称为静电空间位阻稳定。

聚丙烯酸钠盐是典型的聚电解质（来源：参考资料2）

三、分散效果的影响因素

1、分散剂种类对分散效果的影响

常用的分散剂主要有①无机电解质。例如聚磷酸钠、硅酸钠、氢氧化钠及苏打等。此类分散剂的作用是提高粒子表面电位的绝对值，从而产生强的双电层静电斥力作用，有效地防止粒子的团聚。②有机高聚物。常用的有聚丙烯酰胺系列、聚氧化乙烯系列及单宁、木质素等天然高分子。此类分散剂主要是在颗粒表面形成吸附膜而产生强大的空间排斥效应，因此得到致密的有一定强度和厚度的吸附膜是实现良好分散的前提。有机高聚物类分散剂具有多样性在水中或在有机介质中均可使用。③表面活性剂。表面活性剂类分散剂主要包括阴离子型、阳离子型和非离子型三种类型，它们通过吸附在颗粒表面，形成一层稳定的分子膜，防止颗粒之间的直接接触，从而提高分散稳定性。此外，这些表面活性剂还能降低固液界面的表面张力，促使液体在固体表面更好地铺展，实现润湿效果。在润湿过程中，表面活性剂可以减少毛细管吸附力，防止液体在颗粒间凝聚，有助于颗粒在液体中的分散。同时，表面活性剂分子膜的存在也带来了空间位阻效应，这种空间阻隔进一步减少了颗粒的团聚倾向，确保分散体系的稳定性。

此外，分散剂的选择也与颜料的表面性质有关。颜料表面的极性因有机（非极性）和无机（极性更强）而异，这意味着分散剂锚定基团的性质对于最佳吸收至关重要。阴离子锚定基团的选择应使无机颜料具有更好的性能，而阳离子锚定基团则更适合有机颜料。

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2、分散剂相对分子质量对分散效果的影响

对固相含量一定的悬浮液，采用同种分散剂时，分散效果会因分散剂的相对分子质量不同而有所不同。

用作分散剂的高分子的相对分子质量一定要达到一定的大小，理论上来说其伸展范围越大越好。这是因为在分散介质中，分子链在充分伸展的条件下，相对分子质量越大，分子链延伸得越长，其位阻作用就越大，分散效果越好。如果分散剂相对分子质量较低，其分子链段也较短，在颗粒表面形成的保护层厚度会降低，空间位阻作用减弱，分散效果不佳。

但实际上，相对分子质量达到某值时，分子链将开始增加弯曲，不能伸到更远的地方（即位阻作用不再变大），同时其水溶性和及陶瓷颗粒表面的吸附能力降低，还会造成溶液粘度的增大，不利于分散。如果相对分子质量继续变大，不同颗粒上的分子链就有可能相互缠绕而造成颗粒的架桥絮凝，形成沉降。

另外，对于颗粒尺寸较小的高固相含量的浆料，高分子分散剂因相对分子质量过大，会大大增加颗粒的有效尺寸，使浆料的粘度剧烈增大。所以，选择分散剂时要考虑多方面的因素。分散剂的相对分子质量一般都有一最佳值。

3、分散剂浓度对分散效果的影响

分散和其他添加剂一样，并不是越多越好。事实上，当加入分散剂的量不足或过大时，可能引起絮凝。因此，在使用分散剂分散时，必须对其用量加以控。

当分散剂恰好将颗粒表面包覆时，分散剂能够最大限度地发挥其位阻稳定和静电稳定作用（上图②）。分散剂再增多时，多余的高分子长链在体系中可能会相互交连而导致絮凝，使悬浮液体系的稳定性变差（上图③）。当位阻稳定剂的加入量小于一定量时，会使悬浮液对电解质的敏感性大大增加，这种现象叫高分子敏化作用，有些高分子的敏化作用很强，它们甚至能直接使悬浮液聚沉。

在这种情况下，由于加人的高分了数量太小并没有形成在颗粒表面形成完整的保护层，而是部分地吸附在颗粒表面，这就为颗粒之间的相互作用提供了桥连的机会。多个小颗粒可能会附着在同一高分子链上，形成桥连结构（上图①），最终导致颗粒聚集成较大的团聚体，从而引发絮凝或沉淀。这种现象在分散粒度较小的颗粒时更加明显，因为小颗粒的比表面积较大，更容易与高分子链发生作用。

以颜料的应用为例，在路博润的官网推荐的大致用量范围为：每平方米的颜料表面积使用2-2.5mg的聚合物分散剂。

4、pH值对分散效果的影响
用非离子型聚合物作为分散剂时，它在分散过程中的空间位阻作用pH值的影响不大。pH值只对分散过程中的静电稳定效应有较大的影响。此时，悬浮液体系的pH值取远离颗粒的等电点即可，对分散剂影响不大。

但对离子型分散剂，悬浮液的pH值既影响静电稳定效果，又会影响分散剂的电空问稳定效果。例如，用PMAA-NH₄作为分散剂时，因为它是一种阴离子型聚电解质，其在水溶液中的离解度随溶液的pH值而变化。pH>3.4时，PMAA-NH₄才开始电离出PMAA-和NH₄⁺，带负电的PMAA吸附在粉体颗粒表面，具有空间位阻的同时，还存在静电排斥力，使纳米粉体的分散效果更佳。pH=10左右时，PMAA-NH₄，完全电离，其静电分散作用达到最大。此时，要综合考虑颗粒的Zeta电位和分散剂的电离条件，以分散剂的电离pH值远离颗粒的等电点为佳。

备注：

等电点是指带电的粒子在特定pH条件下，表面电荷的总和为零的点。在等电点时，颗粒表面上的正负电荷相互抵消，颗粒表面不再带有净电荷。等电点是胶体或颗粒最不稳定的状态，因为它缺乏有效的静电排斥作用，导致颗粒间的吸引力占主导，从而容易发生团聚、沉淀或絮凝现象。

相关阅读：Zeta电位：表征液体分散体系稳定性的重要参数

参考资料：

1、Paint&Coatings Industry；添加剂简介，第4部分：分散剂

2、毕克助剂；互动世界“润湿分散剂”多媒体手册

3、赢创公司；用于锂离子电池的过程助剂

4、圣诺普科；分散剂产品介绍

5、路博润；了解分散剂背后的科学知识

6、曾令可，李秀艳编著.《纳米陶瓷技术》2006

粉体圈编辑：Alpha