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1、助劑在水性涂料中的作用及對其性能的影響??????????2013-05-12?南昌市化工技術(shù)研究設(shè)計所?作者:姚昕1?前言在1929?年，表面活性劑首次被引入乳液聚合的領(lǐng)域，出現(xiàn)第一批乳液聚合專利，為發(fā)展水分散乳液體的涂料奠定了基礎(chǔ)。水性涂料以水為分散介質(zhì)和稀釋劑，最突出的優(yōu)點(diǎn)是分散介質(zhì)水無毒無害、制造和貯運(yùn)無燃爆危險，不污染環(huán)境，解決常溫溶劑型涂料VOC(?揮發(fā)性有機(jī)化合物)?過高的問題，同時還具備價廉、不易粉化、干燥快、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。2?助劑在水性涂料中的作用????涂料助劑被認(rèn)為是涂料產(chǎn)品的一類重要組成材
2、料，它可以改進(jìn)生產(chǎn)工藝、改善產(chǎn)品性能，提高涂料施工性能、減少對環(huán)境的污染，開發(fā)新型涂料特殊功能，推出各種功能的水性涂料。盡管絕大多數(shù)助劑在涂料中使用的相對比例不高，但往往對提高和改善涂料和涂膜的性能卻能起到十分關(guān)鍵的作用，因此越來越受到業(yè)界人士的重視。在某些產(chǎn)品中甚至已到了離不開它的程度，涂料助劑由于其功能的各異而品種繁多。據(jù)不完全統(tǒng)計，估計達(dá)幾千種之多，主要有成膜助劑，潤濕劑、分散劑、消泡劑，增塑劑，增稠劑，防凍劑、流平劑、防霉劑及防腐劑、pH?調(diào)節(jié)劑等。2．?1?成膜助劑????成膜助劑又稱凝聚劑、聚結(jié)劑，通常
3、為高沸點(diǎn)溶劑，成膜助劑的作用如同一種“臨時”增塑劑，用以降低聚合物的玻璃化溫度(Tg)?，一旦顆粒變形與成膜過程完成后，成膜助劑會從涂膜中揮發(fā)，從而使聚合物Tg值恢復(fù)至初始值。通常情況下，大多數(shù)成膜助劑在室溫下?lián)]發(fā)比水滯后1—2?小時，因此，成膜助劑應(yīng)該由揮發(fā)性較慢的溶劑組成。作為成膜助劑的最大先決條件就是在干燥過程中，水分揮發(fā)，而成膜助劑仍留在涂層中，它最后從涂層中自行揮發(fā)。通常應(yīng)用于涂料的膠乳都具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)?．?如VAE?乳液的在一3℃左右，因此．?在大多數(shù)氣溫高于5℃條件下．????這些乳
4、液都可以正常成膜，而成膜助劑的加入，對加速涂膜干固起到了一定的作用。圖1?是乙二醇作為成膜助劑時，對丙烯酸涂料干固時間的影響。由圖1?可見，隨著乙二醇摻量的增加，涂膜的干固時間也隨之降低。成膜助劑除有助于成膜性能外，還有降低涂料凍結(jié)溫度的功能。例如乙二醇、丙二醇就可作為涂料的防凍劑使用。除此之外，成膜助劑對涂料濕膜性能如流平性、抗流掛性及展色性都有一定的影響。2．?2?潤濕分散劑????潤濕分散劑主要是減少完成分散過程所需的時間和(?或)?能量，同時使顏料分散體穩(wěn)定。水性涂料中顏填料的分散穩(wěn)定包括潤濕、分散和穩(wěn)定三
5、個過程。潤濕劑是結(jié)構(gòu)中帶有親水基、親油基兩個基團(tuán)的表面活性劑。用于水性涂料體系的顏料(?金屬或有機(jī)顏料)?分散劑可分為聚電解質(zhì)高分子化合物或陰離子羧酸、非離子化合物等兩類。此類顏料分散劑主要通過以下兩種作用來保持顏料粒子的分散性和穩(wěn)定性。????(1)?控制顏料粒子表面上吸附的電荷，由于帶有相同電荷而相互排斥，帶電的顏料微粒在庫侖排斥力作用下來維持水性涂料乳液的分散穩(wěn)定性。????(2)?顏料微粒的表面形成一種穩(wěn)定的吸附層，阻止顏料微粒相互接近，起到一種空間位阻效應(yīng)而提高顏料的分散性，從而改善涂膜的外觀裝飾性并增加
6、了涂料的商品價值。高分子分散劑，其結(jié)構(gòu)為無規(guī)共聚物、接枝共聚物和嵌段共聚物等，其中無規(guī)共聚物應(yīng)用較多。親水性基團(tuán)可由羧基、磺酸基、羥基、氨基等組成，疏水性基團(tuán)多為不飽和烴類，如苯乙烯、乙烯、丁二烯、二異丁烯、(?甲基)?丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、一甲基苯乙烯等單體組成，親水性基團(tuán)也可由一系列共聚物組成，如丙烯酸一丙烯酸酯(?丙烯酰胺)?共聚物、苯乙烯一丙烯酸(酯)共聚物、馬來酸(?酯)?一丙烯酸(?酯)(?苯乙烯)?共聚物等。????決定一個潤濕分散劑效率高低的要素之一，是其擁有的“錨固基團(tuán)”的數(shù)量。如果1?個分子上只
7、有1?個錨固基團(tuán)，其一旦被溶劑分子置換后，就會造成整個分子立刻從顏料表面完全脫離開來，從而導(dǎo)致顏料的絮凝。擁有若干個官能團(tuán)的的分子則不易脫落，表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。對有機(jī)顏料來說，芳香基團(tuán)會很有效果。分散劑上的芳香基團(tuán)，如苯基和萘基，對分散體的長期穩(wěn)定特別有幫助。無機(jī)顏料也可分為不同的化學(xué)種類:?氧化物、氫氧化物、硫化物、硅酸鹽，硫酸鹽或碳酸鹽。很顯然，這些極性的分子結(jié)構(gòu)非常易于與酸性基團(tuán)，如羧酸、磷酸或硫酸官能團(tuán)相互作用。2．?3?消泡劑水性涂料在制造和施工過程中都會產(chǎn)生泡沫，“泡冠”會延長生產(chǎn)時間并降低生產(chǎn)設(shè)備的有
8、效容積。泡沫也會對施工過程產(chǎn)生影響，使涂膜在于燥后產(chǎn)生各種表面缺陷。傳統(tǒng)水性涂料消泡劑一般分為三大類:?礦物油類消泡劑、聚硅氧烷類消泡劑和其他類消泡劑。近幾年，開發(fā)了分子級消泡劑。這種消泡劑是將消泡活性物質(zhì)直接接枝在載體物質(zhì)上形成聚合物。該聚合物分子鏈上帶有濕潤作用的羥基，消泡活性物質(zhì)分布在分子四周，活性物質(zhì)不易聚集，與涂料體系相容性良好。這類分子級消泡劑有
