学术干货 | 分散剂的世界，聚少离多。。。

分散剂：

顾名思义就是一种可以将物质均匀分散的东西。我想在没有物质概念的远古时期，我们的祖先会认为一些可以搅拌的机械工具就是分散剂，因为它可以将清水搅浑、将整体分散；从人类学会酿造、染色、冶炼，直到中世纪的炼金术士时期，这期间的人们更偏向将分散剂当做一种使液体看起来更加均一的物质；如今，科学发展到有了化学学科的今天，出现了相对规范的定义：分散剂是指加入到粒度测量介质中能提高颗粒表面与介质间亲和性，使颗粒在介质中达到易浸润又保持分散状态的物质；或能产生空间位阻在颗粒表面形成完整覆盖层从而防止颗粒间团聚的物质。将来是否会出现更加完善的定义，我们期待科研人的努力……

分散剂的分类：

分散剂有很多种，初步估算，现存世界上有1000多种具有分散作用。按其结构来区分，可分为：阴离子型；阳离子型；非离子型；两性型；电中性型；高分子型（包括高中低分子量）分散剂。常用的分散剂有无机分散剂，如六偏磷酸钠、焦磷酸钠、金属皂类；有机小分子分散剂，如各类表面活性剂（包括洗涤剂）、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等；高分子分散剂，如聚丙烯酸钠盐，聚乙烯醇、聚乙二醇、石蜡等。

分散剂的原理：

分散剂的作用有两个：一是加快“团粒”解聚速度，缩短分散时间；二是延缓颗粒再次团聚的时间，保持颗粒长时间处于分散状态。大部分分散剂都是通过湿润、研磨与分散、偶联和包裹稳定的过程来达到分散填料的目的。下面分三部分介绍具体的作用过程：

A. 分散剂作用于固体粒子分散过程 

1. 固体粒子的湿润过程，分散剂吸附于固体颗粒的表面，降低固-液之间的表面张力，使凝聚的固体颗粒表面易于湿润。
2. 粒子团的分散或破裂，分散剂通过作用于粒子团上的静电、范德华力或氢键等力的作用，使粒子团渗透水产生渗透压，降低粒子团间的粘结度和破裂所需机械工，从而逐渐起到分散剂对粒子团的分散作用。
3. 阻止固体微粒的重新聚集，在固体粒子表面形成双分子层结构，外层分散剂极性端与水有较强亲和力，增加了固体粒子被水湿润的程度，固体颗粒之间因静电斥力而远离。

B. 表面活性剂在水介质的分散稳定作用

1. 对非极性固体粒子的分散作用，表面活性剂加入悬浮体后，由于表面活性剂可以降低水的表面张力，而且表面活性剂的疏水键可以通过范德华力吸附于非极性固体颗粒表面，亲水基伸入水中提高其表面的亲水性。使非极性固体粒子的湿润性得到改善
2. 对带电质点的分散稳定作用：离子型表面活性剂质点表面带有同种电荷，当离子型表面活性剂所带电荷与质点表面相同时，由于静电斥力而使离子型表面活性剂不易被吸附于带电的质点表面，但若离子型表面活性剂与质点间的范德华力较强，能克服静电斥力时离子型表面活性剂可通过特性吸附而吸附于质点表面，此时会使质点表面的zeta电势的绝对值升高，使带点质点在水中更稳定。
离子型表面活性剂与质点表面带有相反电荷，若使用的离子型表面活性剂与质点间所带电荷相反，在表面活性剂浓度较低时，质点表面电荷会被中和，使静电斥力消除，可能发生絮凝；但表面活性剂浓度较高时，在生成了电性中和的粒子上再吸附了第二层表面活性剂离子后，固体颗粒又重新带有电荷，由于静电的斥力又使固体微粒重新被分散。

C. 表面活性剂在有机介质中的分散稳定作用

质点在有机介质中的分散主要是靠空间位阻产生熵斥力来实现的。对于非极性的质点，以克服质点间的范德华力而稳定分散于有机介质中。对于有机颜料的表面处理可以通过以下几种方式实现
1. 使用有机胺类对有机颜料进行表面处理
2. 使用颜料衍生物对有机颜料进行表面处理。

分散剂的应用实例：

理论介绍了这么多，分散剂聚少离多的世界看似离我们很遥远，其实无论是与我们息息相关的日常生活，还是材料人奋发图强的科研事业都充斥着各类分散剂的身影！

日常生活中遇到的衣物、碗筷洗涤，所用的洗涤剂就是一种典型的分散剂。洗涤剂通过剥离、包覆污渍，使它们分散在水中，从而完成洗涤的目的。

科研工作中，从反应前加入分散剂使反应物均匀分散后通过相关化学反应生成均一形貌的产物，到反应后加入分散剂通过相关分离手段提取生成产物，再到后续功能测试中加入分散剂使产物性能更加稳定，都离不开分散剂的帮助。

如，制作纳米银立方体：在乙二醇溶液中，通过加入醋酸银、PVP、溴化钠、硫化钠等物质，氧化还原反应生产立方体纳米银颗粒，在此过程中充当包覆剂及分散剂的有PVP、溴离子和硫离子。可见在纳米材料的制作过程中，分散剂会经常参与中间反应[1]。

制作钯纳米立方体：将氯亚钯酸钾、抗坏血酸、CTAB进行加热搅拌反应，反应过程中CTAB对钯源的分散作用，使得抗坏血酸更加容易还原钯离子，并最终引导钯晶体定向生长成具有固定形貌且单分散的纳米立方体[2]。

导电油墨的形成：将纳米铜粉、一缩二乙二醇、乙二醇乙醚以一定比例混合后，放入球磨机中球磨均匀，其中一缩二乙二醇、乙二醇乙醚既充当溶剂也充当分散剂。如此便可形成分散均匀的导电油墨，再通过丝网印刷，还原气氛烧结即可得到性能优良的导电回路[3]。

电池负极的形成：将磷酸锰锂、乙炔黑、PVDF以75:15:10的质量比进行混合研磨，在此过程中PVDF充当溶剂及分散剂的作用。将分散良好后的电极材料均匀涂覆到铝箔上即可形成电池的负极进行性能测试[4]。

材料的世界丰富多彩，其中有分散剂的世界，聚少离多！

参考文献；

[1] Ruditskiy A, Xia Y. Toward the Synthesis of 10-nm Ag Nanocubes with Sharp Corners and Edges: The Roles of Heterogeneous Nucleation and Surface Capping.[J]. Journal of the American Chemical Society, 2016.

[2] Phan D T, Chung G S. Effects of Pd nanocube size of Pd nanocube-graphene hybrid on hydrogen sensing properties[J]. Sensors & Actuators B Chemical, 2014, 204:437-444.

[3] Zhang Y, Zhu P, Li G, et al. Facile preparation of monodisperse, impurity-free, and antioxidation copper nanoparticles on a large scale for application in conductive ink.[J]. Acs Applied Materials & Interfaces, 2014, 6(1):560-567.

[4] Zhou F, Zhu P, Fu X, et al. Comparative study of LiMnPO4 cathode materials synthesized by solvothermal methods using different manganese salts[J]. Crystengcomm, 2014, 16(5):766-774.

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