摘要 炭黑分散剂筛选常被简化成“谁的研磨粘度最低，谁就更好”。这一判断在生产端很方便，却可能遗漏两个关键问题：低粘度是否来自真正的解絮凝，以及颜色是否得到充分展开。本文以1K自干羟基丙烯酸体系为例，对一款梳状聚氨酯超分散剂与进口梳状参照品进行同配方比较。结果显示，在MA100炭黑色浆中，试验品的绝对粘度略高，但5/50 rpm粘度比由1.568降至1.555，L*由5.1降至5.0；在PR177红中也观察到较低的粘度比和略高的a*。这些数据说明，单点粘度不足以独立判断分散质量。更可靠的做法，是把细度、两档剪切粘度、粘度比、颜色和储存后的变化放在同一评价框架内。

一个很具体、但经常被简化的问题

在工业黑漆、汽车修补漆、塑料涂料、金属包装涂料和高端木器漆中，炭黑不仅提供颜色，还会明显改变色浆的流变行为。高比表面积和复杂聚集体结构使它容易形成颗粒网络：体系在低剪切下变稠，研磨和输送负荷上升，放置后还可能返粗或发生颜色漂移。

因此，配方工程师通常先看研磨粘度。但“越低越好”只在配方、温度、剪切历史、固含量和分散剂用量完全一致时才有比较意义；即便条件一致，单点粘度也只能描述一个剪切状态，不能说明颗粒在静置、施工和成膜阶段是否仍被稳定。

为什么炭黑特别容易让单点粘度失真

炭黑并不是彼此独立的理想球形颗粒。初级颗粒熔结形成聚集体，聚集体又通过范德华力等作用形成更大的团聚体。研磨可以破坏较弱的团聚，但不能自动保证新暴露的表面持续稳定。如果分散剂锚定不足，颗粒离开高剪切区后仍会重新靠近，形成可逆或不可逆的结构。

这就是为什么两个样品即使都达到≤10 μm细度，也可能呈现不同的低剪切粘度、黑度、光泽和储存变化。细度板主要判断是否仍有会影响漆膜平整度的较大团聚体；它不是完整的粒径分布或表面覆盖测量。

传统筛选方法的四个局限

只比较一个转速。单一粘度值无法区分“整体偏稠”和“低剪切结构偏强”。至少需要一高一低两档转速，并计算两者比值。

只把细度作为终点。通过细度并不等于达到最佳展色，也不等于储存后不会返粗。

用补溶剂解决粘度。稀释可以让数字下降，却没有增强颗粒表面的吸附层，还会牺牲固含和施工窗口。

用延长研磨替代化学稳定。更多能量可以继续破碎团聚体，但若锚定基团与炭黑表面亲和力不足，离开研磨机后仍可能重新絮凝。

梳状结构提供了什么不同

聚合物分散剂通常依靠两类结构协同工作：颜料亲和基团吸附在颗粒表面，相容链段伸入连续相形成空间位阻。当颗粒靠近时，溶剂化链被压缩和重叠会增加自由能，从而抑制再次接触。

梳状结构的价值不在于“分子更大”这一点本身，而在于锚定点、侧链密度、侧链与树脂/溶剂的相容性可以共同设计。若吸附牢固且侧链在连续相中充分伸展，就更有机会同时控制颗粒网络、颜色展开和储存稳定性；若相容性不匹配，单纯增加分子量或用量也可能带来粘度和漆膜兼容问题。

图1. 颗粒再团聚与梳状聚合物空间位阻稳定的示意图。

实验设计：固定配方，观察三个维度

本研究在同一1K自干羟基丙烯酸体系中，对梳状聚氨酯超分散剂 Disuper S9 与一款进口梳状参照品进行比较。色浆配方中，分散剂为5.0%，颜料为15.0%，即分散剂用量为颜料质量的33.3%。PR177红与MA100炭黑均研磨至≤10 μm，再按相同方式配成色漆。

所有结论仅针对该配方和测试条件。原始资料未记录粘度测试温度、转子型号、色差公式和膜厚，因此本文不把0.1的L*差异放大为肉眼可见的绝对优势，而把它作为筛选方向的数值证据。

表1. 1K羟基丙烯酸基础测试配方。

色浆物料	添加量/%	色漆物料	添加量/%
羟基丙烯酸树脂	50.00	羟基丙烯酸树脂	60.00
PU混合溶剂	30.00	色浆	30.00
分散剂	5.00	流平剂	0.30
颜料	15.00	醋酸丁酯	4.85
合计	100.00	二甲苯	4.85
		合计	100.00

 

结果一：绝对粘度略高，但差异不能单独定性

在MA100色浆中，参照品在50 rpm和5 rpm下分别为183.6 cP和287.9 cP；试验品分别为192.8 cP和299.9 cP，高出约5.0%和4.2%。因此，严谨的结论不是“试验品降粘更强”，而是两者处于相近的粘度区间，试验品的绝对粘度略高。

PR177红的差异更明显：试验品在50 rpm和5 rpm下分别高约35.7%和32.0%。这说明同一分散剂在不同颜料表面的吸附需求并不相同，也说明通用性必须通过颜料逐一验证。

结果二：粘度比补充了颗粒网络信息

用τ=η(5 rpm)/η(50 rpm)表示低剪切与高剪切粘度比，数值越高，通常意味着低剪切结构相对更强。在PR177红中，τ由1.730降至1.683；在MA100中由1.568降至1.555。变化幅度不大，但方向一致：试验品虽然绝对粘度略高，其低剪切结构相对于高剪切粘度并没有更强。

这里的τ只能作为同仪器、同程序下的内部筛选指标，不能替代完整流变曲线、屈服应力或三段触变测试。

图2. MA100粘度、两种颜料的粘度比及MA100的L*结果。

结果三：颜色必须与流变一起看

MA100色漆的L*从5.1降至5.0，ΔE为0.2；PR177红的a*从54.9升至55.2，ΔE为0.4。两组差异都很小，但至少说明更低的单点粘度并没有自动带来更深的黑度或更高的红相。

真正有用的判断不是把某一个数字包装成胜负，而是确认配方是否在可加工粘度、较弱的低剪切网络、颜色展开和储存稳定之间达到平衡。

表2. 原始测试结果。τ=η(5 rpm)/η(50 rpm)。

颜料	样品	50 rpm/cP	5 rpm/cP	τ	关键颜色结果
PR177红	进口参照	1207	2088	1.730	L* 26.2；a* 54.9；b* 44.3
PR177红	S9	1638	2756	1.683	L* 26.4；a* 55.2；b* 44.6；ΔE 0.4
MA100黑	进口参照	183.6	287.9	1.568	L* 5.1；a* 0.5；b* -0.7
MA100黑	S9	192.8	299.9	1.555	L* 5.0；a* 0.4；b* -0.5；ΔE 0.2

 

给配方工程师的筛选顺序

第一步，固定树脂固含、溶剂比、颜料批次、温度、研磨介质和能量输入。第二步，按颜料质量设置用量梯度；炭黑可从30%、40%和50%起步，有机颜料可从10%、20%和30%起步。第三步，在相同静置时间后测5 rpm与50 rpm粘度，并保留完整流变曲线（如条件允许）。第四步，同时记录细度、L*a*b*、光泽、浮色发花和rub-out。第五步，做室温与加速储存，再重复粘度、细度和颜色测试。

只有当这些指标在同一方向上保持稳定，才能说明分散剂不仅让色浆“当下能流动”，还维持了后续加工和成膜所需的颗粒状态。

Disuper S9 在这个问题中的位置

这款产品是一种含颜料亲和基团的高分子量梳状聚氨酯超分散剂，面向溶剂型及无溶剂型树脂体系中的有机颜料和炭黑。上述1K羟基丙烯酸测试显示，它在MA100体系中取得了与进口参照品相近的加工粘度、略低的粘度比和略低的L*；在PR177体系中则表现为更高的绝对粘度，但粘度比和红相数据仍有可用方向。

因此，它更适合被定义为一个需要通过用量梯度和完整评价矩阵来优化的候选方案，而不是用一句“更低粘度”概括。对追求高黑度、高光泽、透明色或高颜料固含的配方，建议先在实际树脂与溶剂组合中做三点剂量筛选。

结论

在1K羟基丙烯酸炭黑色浆中，低粘度是重要的加工指标，但不是分散质量的充分条件。细度回答“大颗粒是否仍存在”，两档粘度与粘度比回答“颗粒网络如何响应剪切”，L*a*b*和漆膜外观回答“颜色是否真正展开”，储存复测则回答“这种状态能否保持”。

本次数据最有价值的结论，不是某个样品在一个数字上领先，而是证明了分散剂筛选必须从单点判断转向多维验证。只有这样，配方工程师才能避免用稀释、过度研磨或过量添加去掩盖真正的表面稳定问题。

参考文献

1. J.D. Schofield. Extending the boundaries of dispersant technology. Progress in Organic Coatings 45 (2002) 249–257. DOI链接

2. F. Nsib, N. Ayed, Y. Chevalier. Selection of dispersants for the dispersion of carbon black in organic medium. Progress in Organic Coatings 55 (2006) 303–310. DOI链接

3. C.L. Barrie et al. Rheology of aqueous carbon black dispersions. Journal of Colloid and Interface Science 272 (2004) 210–217. DOI链接

4. ASTM D1210-05(2022), Standard Test Method for Fineness of Dispersion of Pigment-Vehicle Systems by Hegman-Type Gage. 来源

5. Corechem Application Laboratory. Comparative evaluation of comb dispersants in a 1K hydroxy acrylic system. Internal test data supplied for this article.