超分散剂plus“受控自由基型超分散剂”,高固含场景更好用

发布时间 | 2025-12-26 10:45 分类 | 粉体应用技术 点击量 | 17
涂料 颜料 钛白粉 纳米材料
导读:传统超分散剂本质上是:“锚定基团+溶剂化链段”的高分子结构,锚定基团可通过氢键、范德华力、离子对等以单点或多点形式紧密结合在颗粒表面上,溶剂化链段则是具有一定长度的聚合物链伸出去提供...

超分散剂,又常被称为高分子分散剂,聚合物分散剂,一般是数均分子量在1000~10000左右的聚合物型高效分散剂,其作用与普通分散剂一样,主要起到降低粒子之间相互作用,增加粒子在分散介质中润湿性。最初,超分散剂是为了解决颜料粒子在有机介质中难以稳定分散这一问题而被开发出来的:在传统小分子分散剂难以兼顾高固含、低黏度和长期稳定性的场合,高分子型结构表现出更明显优势。在颜料体系中验证了高固含、细粒径及流变可控方面的优势之后,配方工程师也开始将其引入更多固体分散场景,其应用已从涂料/油墨领域逐步扩展至其他领域,如填充塑料体系,陶瓷浆料,电池浆料,电子浆料等功能性浆料等。

传统超分散剂本质上是:“锚定基团+溶剂化链段”的高分子结构,锚定基团可通过氢键、范德华力、离子对等以单点或多点形式紧密结合在颗粒表面上,溶剂化链段则是具有一定长度的聚合物链伸出去提供空间位阻(有时叠加静电排斥),从而稳定分散。而本文所讨论的对象--受控自由基型超分散剂则是传统超分散剂的升级版。采用受控自由基聚合技术(CRP)制备的超分散剂的核心不是“更强”,而是“结构可设计”:更容易获得更窄的分子量分布以及更明确的嵌段/梳形等分子架构。结构更清晰往往带来两类直接收益:

1)分散剂在颗粒表面的吸附更均匀;

2)“一条分散剂链同时抓多颗粒”的桥连絮凝概率降低。

因此在高固含条件下,更常见的表现是:同固含更低黏度/同黏度更高固含,并且稳定性更容易做得“可复制”。

一、什么是受控自由基聚合技术?

聚合物可以简单理解为:很多个小分子“单体”首尾相连,形成一根根长链。链有多长(聚合度DP)、链有多重(分子量)、是直链还是支化,都会直接决定材料的流变、力学、成膜等性质。

传统自由基聚合技术常常得到随机共聚物,其具有非常宽的分子量分布:单体随机上链、链长分布很散、链端功能也难控制,只能大致控制平均分子量,很难精确设计结构。受控自由基聚合(CRP,Controlled Radical Polymerization,可控自由基聚合),就是在自由基聚合里加上一套“调度机制”,让绝大部分链子有节奏地一起长、能停能续,从而实现:

1、目标分子量可预先设计;

2、分子量分布更窄,批次波动更小;

3、哪一段是“锚固段”、哪一段是“溶剂亲和段”可以按需求排布;

4、链端保留可反应的“把手”,方便后续再接枝、再改性。


传统聚合技术与受控自由基聚合技术

目前应用较多的可控自由基聚合技术(CRP,ControlledRadicalPolymerization)主要包括三类:

1、ATRP(原子转移自由基聚合)

以过渡金属配合物为催化中心,能够在多种丙烯酸类、苯乙烯类等单体体系中实现分子量和分子量分布的精确控制。ATRP尤其适合制备具有“刷状”结构的聚合物,用于调节材料的亲水/亲油性、粘附性能,以及纳米颗粒和基材表面的壳层功能化。

2、RAFT(可逆加成-断裂链转移聚合)

通过链转移剂实现活性链的可逆调控,对苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯酰胺等多类单体具有良好的兼容性。RAFT的结构设计自由度高,是合成各类精细结构嵌段共聚物、梳形、星型聚合物的主力技术之一,也广泛用于水溶性功能高分子、生物医用聚合物以及各类功能助剂(包括高端分散剂)的开发。

3、NMP(氮氧自由基介导聚合)

以稳定氮氧自由基为调控单元,经典体系多集中在苯乙烯及部分丙烯酸酯单体。NMP同样可以制备分子量可控、分布较窄的嵌段共聚物,在热塑弹性体、功能聚合物和部分复合材料树脂方面有一定应用,但总体应用广度和灵活性通常不如RAFT和ATRP。

本文关注的“受控自由基型超分散剂”来说,工业上更常见的技术底座往往是RAFT或ATRP,它们能够更有针对性地设计“锚固段+溶剂化链段”的空间结构,从而在高固含、难分散体系里体现出明显优势。

二、谁在做?

1、巴斯夫BASF

以巴斯夫EFKA®PX4310为例,可以看出可控自由基聚合分散剂的大致特征。官方资料介绍,EFKA®PX4310是一款高分子量分散剂,在炭黑等颜料体系中具有高效分散作用。该产品采用可控自由基聚合(CFRP,ControlledFreeRadicalPolymerization)技术制备,使聚合物结构更加明确、分子量分布更窄,从而在配方中表现出更稳定、可预测的性能。EFKA®PX4310主要面向工业涂料和汽车涂料体系,用于高效稳定颜料,并与多种溶剂型树脂体系保持良好相容性。

其推荐应用场景主要覆盖:汽车OEM涂料与汽车修补漆;工业涂料;家具、地板及地板护理涂层;印刷、包装及粘合剂等领域。

2025年11月25日,巴斯夫全新高性能分散剂生产装置在南京江北新区新材料高科技园区正式投产。该投资将采用可控自由基聚合技术(CFRP)制备先进分散剂,并实现本地化生产。结合荷兰赫伦芬生产基地的供应,此次扩产将进一步提升全球产能,让供应更可靠、更灵活。

2、路博润Lubrizol

路博润在高分子分散剂领域布局时间很长,旗下Solsperse™Hyperdispersant系列覆盖水性、溶剂型以及UV固化等多种体系,用于涂料、油墨和色浆的润湿与稳定。

路博润是较早将CRP技术导入商业分散剂的一批国际供应商之一。在多篇涂料行业报道提到其产品组合中包含采用可控自由基聚合技术制备的分散剂,用于提升颜色表现和颜料利用效率。

3、比克化学BYK

BYK是另一家在“受控聚合+分散剂”上布局很早的企业。其技术资料中提到,早期的DISPERBYK-2000/DISPERBYK-2001就是通过GTP(GroupTransferPolymerization,基团转移聚合)这类受控聚合方法制备的高分子润湿分散剂,并在1999年推向市场。在此基础上,BYK又开发了DISPERBYK-2010、DISPERBYK-2012、DISPERBYK-2015等新一代产品,官方电子手册中明确指出,这些产品“充分利用了现代CRP方法”的优势,实现了更可控的嵌段结构和更窄的分子量分布,用于水性及高固含体系中颜料浓缩浆的制备。

DISPERBYK系列主要定位于:各类水性、溶剂型工业涂料和汽车涂料;树脂颜料浓缩体(树脂自由色浆);对流变、展色和长期储存稳定性要求较高的高固含配方。

4、核心化学

广东核心新材料股份有限公司(核心化学)是一家研、产、销于一体的化工类高新技术企业、专精特新企业,为各类工业纳米浆料提供优化及定制解决方案,攻克了纳米材料、电子材料、能源、涂料、油墨、密封胶、等多项行业(基材与界面)难题。

在其官网中,Disuper S9100 被定位为第五代受控聚合技术(CRP)超分散剂。官方说明指出,Disuper S9100采用可控嵌段聚合技术,属于具有独特嵌段共聚体结构的高分子分散剂,对超细颜料的润湿和包裹有明显优势,特别适用于分散和稳定钛白粉、高色素炭黑和酞菁蓝等体系。

备注:

文献和教科书通常使用“受控自由基聚合(CRP)”这一术语;部分企业(如BASF)在分散剂产品中使用“Controlled Free Radical Polymerization(CFRP)”来描述其可控自由基聚合技术。在BYK的资料里,“可控聚合”常被写成 Controlled Polymerization Technology,CPT(可控聚合技术)。

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编辑:粉体圈Alpha

作者:粉体圈

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