图1 颜料黄l4悬浮液在不同pH值下的ξ电位

    由图1中可以看出：颜料黄14微粒在整个pH范围内都带负电，并且随着pH值升高，ξ电位降低，ξ电位在碱性条件下达到最低．但在碱性较强的条件下，电位曲线有向上翘的趋势，这是因为此时溶液中OH-的浓度对离子强度的贡献已不容忽略，从而压缩了双电层，使电位上升。

    2．2 高分子分散剂对颜料黄14ξ电位的影响

    2．2．1 苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)

    苯乙烯-马来酸酐(SMA)共聚物分散剂是阴离子型水溶性聚合物，其疏水侧链由苯乙烯提供，通过范德华力和强的平面π-π键稳定地锚接在颜料粒子表面上．其亲水侧链由马来酸酐构成，马来酸酐水解后以铵盐形式存在，并使羧酸阴离子伸展在水中，提供静电斥力，提高颜料粒子分散的稳定性．在0．2g／L颜料黄14悬浮液中加入0．1g／L高分子分散剂，经超声波振荡后，测试其不同pH值的ξ电位，如图2所示．

图2 SMA对颜料黄l4ξ电位的影响

    由图2可见，加入SMA的颜料黄14悬浮液在酸性条件下ξ电位较弱，分散性能较差，而在碱性条件下ξ电位较强，分散体系相对稳定．这是由于苯乙烯-马来酸酐、(SMA)共聚物分散剂在水中容易发生离解，产生阴离子吸附基团R-COO-，通过静电作用和分子间力的作用吸附在颜料表面，使颜料表面电荷变得更负，从而引起ξ电位的变化．苯乙烯-马来酸酐(SMA)共聚物铵盐的离解为多级离解，在酸性介质中，-COOH的离解被氢离子所抑制，只有少量离解，对ξ电位影响不大．在碱性介质中，-COOH大量离解使大分子链上带有大量的负电荷，增加了颗粒表面的负电荷，从而使电位下降．此外，由于酸性条件下-COOH离解很少，使得高分子链节间-COO-的电性排斥作用很小，长链呈卷曲状．而在碱性条件下，电离出的大量-COO-基团因带相同的电荷而互相排斥，从而使得长链舒展开来，平坦地覆盖于颗粒表面 ．因此，SMA所引起的空间位阻效应，碱性条件明显强于酸性条件．加入SMA的颜料黄14悬浮液在碱性条件下稳定，而在酸性条件下不稳定．

    2．2．2 聚丙烯酰胺-丙烯酸-二甲基二烯丙基氯化铵共聚物(P(AA-AM-DMDACC))

    以往多通过Mannich反应来制备两性丙烯酸类聚合物，但是由于Mannich改性反应后生成的两性高分子物中的-CH2-在酸碱条件下不稳定，本试验采用共聚法来制备两性高分子物．单体丙烯酰胺、丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵的量比为6：2：2，得到等电点为7的两性高分子物．P(AA-AM-DMDACC)浓度为0．02g／L，测定了其在不同pH值对颜料黄14ξ电位的影响．见图3

图3 p(AA-AM-DMDACC)对颜料黄14ξ电位的影响

    由图3可知：由于两性高分子在不同的pH条件下，分子上正负电荷基团的比例不断发生变化，因此它在酸性条件下呈现阳离子聚电解质性质，在中性条件下呈现非离子聚电解质性质，而在碱性条件下呈现阴离子聚电解质性质 ．在酸性介质中，虽然高分子分散剂可以通过静电吸引和分子间范德华力同颜料粒子表面形成稳定结合，但由于其亲水端的聚羧酸盐不能充分离解，因而不能伸展在水中来提供位阻斥力和静电斥力，使其 电位较弱，分散能力下降．

    此外，这类两性高分子分散剂主要是通过带正电荷的铵基与带负电荷的颜料黄14粒子的静电吸引和通过分子间范德华力同颜料粒子表面形成稳定的结合．这两种锚接方式的强度都明显低于平面分子间的π-π作用，因此，尽管两性高分子分散剂的亲水端提供了有效的静电斥力，但其分散能力仍然明显不如阴离子的SMA共聚物．从ξ电位方面来分析，在碱性条件下，两性高分子分散剂处理的颜料黄14粒子的ξ电位只能下降到-30mV左右，远远不如用SMA共聚物处理过的颜料黄14粒子，其电位可达-45mY左右．

    2．2．3 聚乙烯吡咯烷酮对颜料黄14ξ电位的影响

图4 PVP对颜料黄14ξ电位的影响

    聚乙烯吡咯烷酮是常用的非离子型高分子分散剂，现已广泛应用于涂料、油墨行业．在不同pH值测定聚乙烯吡咯烷酮0．02g／L对颜料黄14ξ电位的影响，如图4所示．

    从图4中可以看出：吸附了聚乙烯吡咯烷酮的颜料黄14粒子在整个pH范围之内 电位变化不大，只从-16mV下降到-21mV，这说明非离子型高分子分散剂在颜料表面的吸附不是靠静电引力，而是由范德华力起主导作用，颜料粒子的稳定主要是空间位阻起作用，因此，ξ电位绝对值较低．

    总的来说，由于阴离子型和两性高分子分散剂在碱性条件下聚羧酸盐都发生了电离，伸展在水中的羧酸阴离子提供了静电斥力，因此，ξ电位绝对值相对较高；而非离子型高分子分散剂聚乙烯吡咯烷酮则是依靠疏水基与颜料表面的锚接，亲水基自由舒展在水中，ξ电位绝对值相对较低且受pH的影响很小．

    2．3 高分子分散剂对颜料黄14的分散稳定性

    使用沉降实验测定不同类型高分子分散剂对颜料黄14的分散稳定性，结果见表1．

    表1 不同类型高分子分散剂对颜料黄14的分散稳定性D．E

    由表1可以看出：D．E值越大表明悬浮液光密度越大，颜料粒子自由沉降越少，颜料黄14分散体系越稳定．阴离子型高分子分散剂SMA对颜料黄14的分散稳定性最好，非离子型高分子分散剂PVP次之，两性型高分子分散剂最差．各种高分子分散剂在碱性条件下都具有良好的分散稳定性，在酸性条件下分散稳定性差，颜料黄14的悬浮液随着pH值上升而趋于稳定．此外，对非离子型高分子分散剂PVP来说，分散稳定性数据也说明了PVP在颜料表面的吸附不是靠静电引力，而是由范德华力起主导作用，颜料粒子的稳定主要是空间位阻起作用．因此，对于非离子型高分子分散剂来说，ξ电位并不能说明其分散能力，需要其它的测试方法加以验证；对于阴离子和两性型高分子分散剂来说，可以用ξ电位来表征其分散能力。

    3 结论

    3．1 阴离子和两性高分子分散剂在碱性条件下，羧酸阴离子伸展在水中提供了静电斥力，ξ电位绝对值相对较高，而非离子型高分子分散剂ξ电位绝对值较低且受pH的影响很小．

    3．2 对于非离子型高分子分散剂来说，ξ电位并不能说明其分散能力，使用ξ电位来表征颜料粒子分散体系分散稳定性并不可靠。需要其它的测试方法加以验证；对于阴离子和两性型高分子分散剂来说，电位可以用来表征其分散能力．

    3．3 阴离子型高分子分散剂SMA对颜料黄14的分散稳定性最好，非离子型高分子分散剂PVP次之，两性型高分子分散剂分散性能较差．

    3．4 各种高分子分散剂在碱性条件下都具有良好的分散稳定性，颜料黄14悬浮液的稳定性随着pH的上升而趋于稳定．

    来源:印染在线   作者：周煜， 俞丹， 唐善发， 陈水林