일반적인 7가지 분산제 유형의 기능적 특성

분산제는 친수성 구조와 소수성 구조를 모두 포함하는 양친매성 고분자입니다. 이들은 정전기적 반발이나 고분자의 입체 장애(steric hindrance)와 같은 메커니즘을 통해 서로 섞이지 않는 매질 내에서 고체나 액체의 분산 상태를 안정화하며, 분자 내 친수성 및 소수성 작용기가 효과적으로 기능하도록 합니다.

분산제는 그 종류가 다양하고 응용 분야도 넓습니다. 주로 음이온성, 양이온성, 비이온성, 양쪽성, 전기적 중성, 고분자형, 그리고 하이퍼 분산제(hyper-dispersant)의 7가지 유형으로 분류됩니다.

음이온성 분산제

음이온성 분산제는 비용 효율성과 분산 성능 면에서 우수하여 산업계에서 널리 사용되는 유망한 첨가제로 평가받습니다.

음이온성 분산제는 음전하를 띠는 친수성 작용기와 친유성 탄화수소 사슬이라는 두 가지 구조적 요소로 구성됩니다.

양이온성 분산제

양이온성 분산제의 분자 구조는 일반적으로 양전하를 띠는 친수성 작용기와 친유성 탄화수소 사슬의 두 부분으로 이루어지며, 이 두 부분이 결합한 화합물이 양이온성 계면활성제를 형성합니다.

양이온성 분산제는 물질 표면에 매우 강력하게 흡착되는 특성이 있어 카본 블랙이나 유기 안료와 같은 안료에 널리 사용됩니다.

비이온성 분산제

비이온성 분산제는 이온화되지 않으며 전하를 띠지 않는 화합물로 구성됩니다. 표면 장력을 낮추고 젖음성(wettability)을 향상시킬 수 있지만, 분산력 자체는 일반적으로 이온성(음이온성/양이온성) 분산제보다 약한 편입니다. 그럼에도 불구하고 pH에 민감한 분산 매질, 다가(multi-charged) 이온 시스템, 유기 용매와 같은 특정 시스템이나 소재에서는 우수한 분산 효과를 나타냅니다.

현재 시장에서 가장 흔하게 사용되는 비이온성 분산제로는 지방산 에틸렌 옥사이드 부가물(R-COO(CH2CH2O)nH), 폴리에틸렌이민 유도체((NHCH2CH2)nNH2), 폴리에틸렌 글리콜 폴리올(HO(CH2CH2O)nH) 등이 있습니다.

양쪽성 분산제

양쪽성 고분자(polyampholyte라고도 함)는 양이온성 단량체와 음이온성 단량체의 반복 단위를 모두 포함하고 있습니다.

일반적인 양쪽성 분산제로는 카르복실산염(carboxylate)과 술폰산염(sulfonate)이 있으며, 카르복실산염 유형 중에서는 아미노산형과 베타인형이 가장 널리 사용됩니다. 전기적 중성 분산제

전기적 중성 분산제의 핵심적인 특징은 음이온성 및 양이온성 유기 작용기의 크기가 거의 비슷하다는 점입니다. 따라서 분자 전체로는 전기적으로 중성이면서도 극성을 띠게 됩니다.

올레일아미노 올리에이트(Oleylamino oleate)는 시중에서 흔히 볼 수 있는 전기적 중성 분산제로, 다양한 분야에 널리 사용되고 있습니다. 고분자 분산제는 특정 유형의 고분자로서, 높은 분자량과 우수한 분산 능력을 갖춘 것이 특징입니다. 이러한 특성은 주로 분자 구조 내에 친수성기와 소수성기가 모두 존재하기 때문에 나타납니다. 대표적인 고분자 분산제로는 (메타)아크릴산 및 (메타)아크릴레이트 공중합체, 그리고 폴리하이드록시스테아릭산(polyhydroxystearic acid) 유래의 저분자량 폴리에테르 등이 있습니다. 이들의 분자 구조는 친수성 주쇄(backbone)에 소수성 사슬을 그래프트(grafting)하거나, 소수성 주쇄에 친수성 사슬을 그래프트하거나, 또는 친수성 및 소수성 세그먼트를 교대로 배열하는 세 가지 방식으로 구성될 수 있습니다.

하이퍼분산제(Hyperdispersants)

하이퍼분산제는 분자 구조 내에 다수의 앵커링(anchoring) 작용기를 포함하는 블록 공중합체입니다. 이들은 안료 표면에 대한 우수한 젖음성(wetting)과 분산성을 제공하여 이산화티타늄이나 프탈로시아닌 블루와 같이 분산이 어려운 안료에 특히 효과적입니다. 또한 안료 표면과의 강력한 친화력을 바탕으로 코팅액의 유동성, 광택, 접착력 등의 물성을 크게 향상시킵니다.