分散助劑（additives）

基料滲入粉體中的速度可用 Washbarne【7】公式表示：

（1-2）

觸角；R 表示粉體顆粒的間隙半徑；L 為粉體顆粒的間隙長度；η表 示基料的黏度；σ．cosθ為擴散壓力。

對於固體的粉體來講，R、L 都是定值，η的改變範圍也比較小，

要使潤濕效率提高，縮小接觸角是非常有效的，這就是在超細粉碎分 散過程中某些情況下使用潤濕分散劑的背景。

防止奈米粉體絮凝的途徑有兩種，一種是增加能障的高度，另一 種是防止顆粒互相接近，使它們不能接近到有強大吸引力的範圍。通 過非離子性物質吸附在顆粒周圍建立起一個物質屏障，就能達到後者 的要求。吸附層越厚，顆粒中心距離就越大，因此分散體系也就越穩 定。這種物質的屏障效應被稱為吸附層的位阻效應或者是空間位阻

（steric hindrance）效應，這種穩定作用被稱為空間位阻穩定作用。

高分子化合物對膠體的保護作用很早就被人們認識到，利用高分 子化合物穩定膠體已經成為製備穩定膠體系統的主要手段。不論用天 然的還是合成的高分子化合物，其優點在於（1）對電解質不敏感；（2）

不僅用於以水為介質，也可用於非水介質；（3）固體含量可以很高；

（4）絮凝往往是可逆的。這四個優點是靜電穩定膠體所不具備的。

高分子化合物通過庫侖（電荷-電荷）作用、偶極-偶極作用、

氫鍵及凡得瓦爾力作用吸附到膠體顆粒的表面上，同時也和溶劑發生 相互作用，達到平衡。高分子化合物固定在顆粒表面有兩條途徑：一

是吸附；二是錨接（anchoring），即通過化學作用與顆粒表面分子連 接。

分散劑依其化學結構可分為高分子分散劑（polymeric

dispersant）與界面活性劑（surfactant）兩種，主要以分子量及穩 定機制作區分【8】。界面活性劑其分子量較低，穩定機制以靜電排斥 為主；高分子分散劑則是有兩個組成，一是所謂的 anchoring group

（pigment-affinic groups-anchor groups or adhesive groups），另一個則 是與樹脂相容的 chain（binder compatible chain）。構成有效的高 分子分散劑有兩個要件：第一即是 anchoring group 要能夠牢牢地吸 附在粒子的表面；第二則是必須能伸出 chain 於溶劑中以形成立體障

Reactive surface Anchoring group

Binder compatible chain

統計力學為根據的 “熵穩定作用＂（entropic repulsion），或者是 被稱為體積限制作用（volume restriction）。如圖 1.8 所示：熵穩 定作用理論假定接近吸附層的另一表面是不能滲入的。因而吸附層被 壓縮，反應區內聚合物鏈段的構形熵減少。兩個顆粒逐漸接近，這時 由於第二個顆粒的存在，高分子化合物吸附層可能存在的總構象數下 降，這種熵的減少使△G 增加，在質點間產生了淨的排斥力效應，從 而提高了體系的穩定性。在這個理論中，吸附層分子與分散介質間焓 的相互作用不加考慮，因此有：△G＝-TS。這個理論首先由 Mackor

【9】及 van der Waal【10】提出，後來由 Clayfield 及 Lumb【11-12】

等人進一步發展。

圖 1.8、高分子的熵穩定作用（只壓縮不滲透）

另一種用來解釋位阻穩定作用機制的理論是以聚合物溶液的統

計學為根據的滲透斥力穩定理論（osmotic repulsion），如圖 1.9 所 示。Fisher【13】第一個指出焓的頁獻對位阻穩定作用的重要性。他 認為，聚合物分子或溶劑分子吸附層的重疊將產生過剩的化學勢，在 靠近的質點間，這種化學勢能引起排斥能。當顆粒彼此分開時，體系 處於理想狀態。然而當吸附層重疊時，體系偏離理想狀態，由於畸變 產生了過剩的化學勢△μ^E。這種過剩的化學勢通過下式與過剩的滲 透壓Π^E聯合起來：

∆ µ

= ∆ µ

− ( ∆ µ

)

= − ∏

V

式中，V¹是溶劑的莫耳分數。

考慮到由於吸附高分子而具有的立體穩定作用，總的相互作用能 可以表示成：

A

OSM R VR R el

tot

V V V V

V = + + +

式中，V^el表示靜電作用能；V^VRR表示由於體積限制引起的能量變化；

V^osmR表示由於滲透作用力的存在引起的能量變化，V^A表示吸引作用引 起的能量變化。

圖 1.9、高分子的滲透穩定作用（只滲透不壓縮）。