คุณลักษณะด้านการทำงานของสารช่วยกระจายตัว 7 ประเภทที่พบบ่อย

สารช่วยกระจายตัว (Dispersant) คือพอลิเมอร์แอมฟิฟิลิกที่มีทั้งโครงสร้างที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ มันช่วยรักษาเสถียรภาพการกระจายตัวของของแข็งหรือของเหลวในตัวกลางที่ไม่เข้ากันผ่านกลไกต่างๆ เช่น แรงผลักทางไฟฟ้าสถิตหรือการกีดขวางเชิงสเตอริกของพอลิเมอร์ ทำให้มั่นใจได้ว่ากลุ่มที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำภายในโมเลกุลทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

สารช่วยกระจายตัวมีการใช้งานที่หลากหลายและมีหลายประเภท โดยหลักๆ แล้วแบ่งออกเป็น 7 ประเภท ได้แก่ สารช่วยกระจายตัวประจุลบ สารช่วยกระจายตัวประจุบวก สารช่วยกระจายตัวที่ไม่มีประจุ สารแอมโฟเทอริก สารที่เป็นกลางทางไฟฟ้า พอลิเมอร์ และสารช่วยกระจายตัวขั้นสูง

สารช่วยกระจายตัวประจุลบ

เนื่องจากความคุ้มค่าและประสิทธิภาพในการกระจายตัว สารช่วยกระจายตัวประจุลบจึงถือเป็นสารเติมแต่งที่มีศักยภาพและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

สารช่วยกระจายตัวประจุลบประกอบด้วยส่วนประกอบโครงสร้างสองส่วน คือ กลุ่มที่ชอบน้ำที่มีประจุลบและโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ชอบไขมัน

สารช่วยกระจายตัวประจุบวก

โครงสร้างโมเลกุลของสารช่วยกระจายตัวประจุบวกโดยทั่วไปประกอบด้วยสองส่วน คือ กลุ่มไฮโดรฟิลิกที่มีประจุบวก และโซ่ไฮโดรคาร์บอนลิโปฟิลิก สารประกอบที่เกิดจากสองส่วนนี้เรียกว่าสารลดแรงตึงผิวประจุบวก

สารช่วยกระจายตัวประจุบวกมีการดูดซับบนพื้นผิววัสดุที่แข็งแรงเป็นพิเศษ และใช้กันอย่างแพร่หลายกับเม็ดสี เช่น คาร์บอนแบล็ก และเม็ดสีอินทรีย์

สารช่วยกระจายตัวที่ไม่มีประจุ

สารช่วยกระจายตัวที่ไม่มีประจุประกอบด้วยสารประกอบที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนและไม่มีประจุไฟฟ้า แม้ว่าจะสามารถลดแรงตึงผิวและปรับปรุงการเปียกได้—และพลังในการกระจายตัวโดยทั่วไปจะอ่อนกว่าสารช่วยกระจายตัวที่มีประจุ (ประจุลบ/ประจุบวก)—แต่ก็ยังให้ผลลัพธ์การกระจายตัวที่ดีเยี่ยมในระบบหรือวัสดุเฉพาะ เช่น สื่อการกระจายตัวที่ไวต่อค่า pH ระบบที่มีประจุหลายตัว และตัวทำละลายอินทรีย์

ปัจจุบัน สารช่วยกระจายตัวแบบไม่แตกตัวเป็นไอออนที่พบได้ทั่วไปในท้องตลาดและมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย ได้แก่ สารประกอบเอทิลีนออกไซด์ของกรดไขมัน (R-COO(CH2CH2O)nH), อนุพันธ์ของโพลีเอทิลีนอิมีน ((NHCH2CH2)nNH2) และโพลีเอทิลีนไกลคอลโพลีออล (HO(CH2CH2O)nH)

สารช่วยกระจายตัวแบบแอมโฟเทอริก

พอลิเมอร์แบบแอมโฟเทอริก หรือที่รู้จักกันในชื่อโพลีแอมโฟไลต์ ประกอบด้วยหน่วยซ้ำของโมโนเมอร์ทั้งประจุบวกและประจุลบ

สารช่วยกระจายตัวแบบแอมโฟเทอริกที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ คาร์บอกซิเลตและซัลโฟเนต ในบรรดาสารช่วยกระจายตัวประเภทคาร์บอกซิเลต ประเภทกรดอะมิโนและประเภทเบทาอีนเป็นประเภทที่พบได้มากที่สุด

สารช่วยกระจายตัวที่เป็นกลางทางไฟฟ้า

คุณลักษณะพื้นฐานของสารช่วยกระจายตัวที่เป็นกลางทางไฟฟ้าคือ ขนาดของหมู่ฟังก์ชันอินทรีย์ประจุลบและประจุบวกมีขนาดใกล้เคียงกัน โมเลกุลโดยรวมเป็นกลางทางไฟฟ้าแต่มีขั้ว

โอเลอิลอะมิโนโอเลเอตเป็นสารช่วยกระจายตัวที่เป็นกลางทางไฟฟ้าที่พบได้ทั่วไปในท้องตลาดและมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย สารช่วยกระจายตัวแบบพอลิเมอร์ ในฐานะที่เป็นพอลิเมอร์ประเภทหนึ่ง สารช่วยกระจายตัวแบบพอลิเมอร์มีลักษณะเด่นคือมีน้ำหนักโมเลกุลสูงและมีความสามารถในการกระจายตัวที่ดีเยี่ยม คุณสมบัติเหล่านี้เกิดจากการมีทั้งหมู่ที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำอยู่ในโครงสร้างโมเลกุล ประเภทของสารช่วยกระจายตัวแบบพอลิเมอร์ที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ โคพอลิเมอร์ของกรด (เมท)อะคริลิกและ (เมท)อะคริเลต รวมถึงพอลิอีเทอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำที่ได้จากกรดพอลิไฮดรอกซีสเตียริก โครงสร้างโมเลกุลของสารเหล่านี้สามารถสร้างขึ้นได้สามวิธี ได้แก่ การเชื่อมโซ่ที่ไม่ชอบน้ำเข้ากับโครงสร้างหลักที่ชอบน้ำ การเชื่อมโซ่ที่ชอบน้ำเข้ากับโครงสร้างหลักที่ไม่ชอบน้ำ หรือการจัดเรียงส่วนที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำสลับกันไป

สารช่วยกระจายตัวสูง (Hyperdispersants)

สารช่วยกระจายตัวสูงเป็นโคพอลิเมอร์แบบบล็อกที่มีกลุ่มยึดเกาะหลายกลุ่มภายในโครงสร้างโมเลกุล สารเหล่านี้ให้การเปียกและการกระจายตัวที่ดีเยี่ยมบนพื้นผิวของเม็ดสี โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประสิทธิภาพสำหรับเม็ดสีที่กระจายตัวได้ยาก เช่น ไทเทเนียมไดออกไซด์และพทาโลไซยานีนบลู และช่วยเพิ่มคุณสมบัติอย่างมีนัยสำคัญ เช่น ความลื่นไหลของสีเคลือบ ความเงา และการยึดเกาะ ส่วนใหญ่เป็นเพราะความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งที่สารเหล่านี้สร้างขึ้นกับพื้นผิวของเม็ดสี