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分散剂的作用机制

发布日期:2019/1/29 11:55:15

背景及概述[1][2]

促使物料颗粒均匀分散于介质中,形成稳定悬浮体的药剂。分散剂一般分为无机分散剂和有机分散剂两大类。常用的无机分散剂有硅酸盐类(例如水玻璃)和碱金属磷酸盐类(例如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等)。有机分散剂包括三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯和聚醚,以及有机硅酮和硅油等。

在选矿工艺中,分散剂是与捕收剂、起泡剂或者选择性絮凝剂相匹配使用的一类调整剂。通过分散剂使捕收剂或絮凝剂更好地与不同矿物相互作用,达到分选的目的。一般用来分散矿泥,使欲选矿物与脉石有效地分离。例如在精选高岭土时,为了剔除石英和铁、钛等一类染色的杂质矿物,加入分散剂六偏磷酸钠等,可使高岭土呈高度悬浮的稳定状态,然后添加选择性絮凝剂,使其中的一种矿物(高岭土或杂质矿)形成絮团沉降,另一种依然充分分散,从而实现分选、并提高高岭土精矿的品位和自然白度。

在硫化矿浮选工艺中,采用适量的水玻璃等作分散剂,分散脉石细泥,使硫化矿与药剂更好地作用,从矿浆中浮出,提高精矿的品位。分散剂的用量要适度。分散剂过量会造成欲选矿物的损失,或者不起分散作用,而起抑制作用等。分散剂除用于选矿工业外,在轻工、食品、化工等行业中也有广泛的用途。

作用机制 [2-3]

分散剂作用机理可概括为空间位阻作用及静电稳定作用,分散剂在分子结构上有一很大的特点,即“两亲性” ,亲水亲油性。传统分散剂的亲油基团一般为烃链结构,并且主要是烷烃链.而超分散剂的分子结构则包括锚固基团和溶剂化链两部分。分散剂有两种作用机制:①液态非水溶性原药由于表面张力过大而难以分散,如油类、极性很弱的有机溶剂类,在水中形成油/水界面,界面张力很大,因此油/水分为两层。在强烈的机械搅拌下虽然能把油分散成油珠,但停止搅拌后,在界面张力作用下又迅速分层。

硫磺在114℃熔融后成为液态,由于同样原因,也不能与水相混。但是如果在油/水体系中加入一种表面活性物质,用机械力量把油分散,此时在油珠表面上立即形成表面活性物质的单分子层,把油珠包围起来使油珠之间不能凝并,因而生成的油珠得以稳定地分散在水相中。

在悬浮液中加入分散剂,可降低固、液之间的界面张力,有效润湿颗粒.以水性分散介质为例,分散剂亲油性基团吸附于固体粒子表面,亲水基团为水介质溶剂化,并扩展到水相介质中,由此围绕粒子形成一个带电荷的保护屏障,双层包围粒子,粒子之间产生静电斥力,使分散体稳定(如图a);对于亲的非离子分散剂可以通过长的高分子链形成的水化膜来阻止固体粒子的絮凝而使其分散稳定(如图b)。

②固体粉粒与水介质之间也存在水/固界面张力,同时固体粉粒表面吸附的空气膜也妨碍与水亲和,而有利于粉粒絮结。表面活性物质同样能驱除粉粒表面的空气膜,并降低水/固界面张力,因此使粉粒容易分散。

超分散剂的作用机理可分为锚固机理和稳定机理。其锚固基团通过离子键、氢键以及范德华力等相互作用紧紧地吸附于固体颗粒表面;其溶剂化链与分散介质具有良好的相溶性,在分散介质中采取比较伸展的构象.当吸附有超分散剂的颗粒相互靠近时,由于溶剂化链的空间障碍而使颗粒相互弹开,从而实现颗粒在介质中的稳定分散。

种类 [3-4]

分散剂可分为:天然高分子化合物,如明胶、果胶、淀粉、阿拉伯胶、甲基纤维素、羧甲基纤维素等;合成高分子,如聚乙烯醇、乙烯醇共聚物、苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物、乙酸乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物、聚丙烯酸及其盐类、聚乙烯吡咯烷酮、磺化聚苯乙烯等; 难溶性盐类,如硫酸铜、硫酸钙、碳酸钡、碳酸镁、磷酸钙等; 无机高分子及金属氧化物,如滑石粉、膨润土、高岭土、矾土、硅藻土、石灰石等。

分散剂种类繁多,根据分散介质的不同,我们可将分散剂分为水介质中使用的分散剂和非水介质中使用的分散剂,而前者又包括阴离子型、非离子型等类型.在分散剂中有一类高分子分散剂,称之为超分散剂,它最早是为解决颜料粒子在有机介质中的分散问题而研究开发的。

应用[5]

1)在染色过程中采用染料分散剂,可防止醋酸纤维素用的分散染料在染色时析出沉淀。还可用作瓮染料染色纤维素纤维时的匀染剂。也用于聚酯纤维的染色。

2)在农药方面常用作水剂及颗粒剂的分散剂。水剂所用的分散剂可为烷基萘磺酸 盐、烷基苯磺酸盐、环氧乙烷烷基苯基醚;粒剂所用分散剂可为烷基苯磺酸盐、聚碳酸酯、二辛基磺基水杨酸盐等。

3)在食品方面为使果汁不发生凝聚和沉淀,为使色素和其他添加剂在食物中分散更 均匀,也采用分散剂,如聚乙二醇、微晶纤维素及聚山梨酸酯等。

4)涂料、油墨工业中所用的水系分散剂,如聚丙烯酸盐、马来酸钠与烯烃共聚物、聚环氧乙烷基或芳基醚等以及非水系分散剂,如山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚环氧乙烷烷基胺、烷基二胺等。

5)除上述外,在化妆品、土木建筑和环境保等领域中,分散剂也有重要用途。近年来,利用高分子化合物作为内燃机和润滑油中生成的泥浆的分散剂,以及用作煤炭-重油混合燃料的分散剂均受到重视。有些分散剂也用作天然橡胶和合成橡胶胶乳的分散剂。例如分散剂Darvon NO.1(由烷基萘磺酸钠生成)、分散剂Dispersiol LR(由二磺酸钠制成)、分散剂Tamol 731 (一种羧基化高分子电解质钠盐)等。

主要参考资料

[1] 中国冶金百科全书·选矿

[2] 农业百科全书·农药卷

[3] 分散剂及其在陶瓷制备中的应用

[4] 中国成人教育百科全书·化学·化工

[5] 实用精细化工辞典