涂 料 助 剂
题 目：水性涂料常用助剂综述
专 业： 应用化学
班 级： 11080302
学 号： 1108030224
姓 名： 裴忠宇
摘要：
本文主要介绍了助剂对水性涂料的生产、贮存、施工以及成膜的重要作用。分别对不同种类助剂的用途、生产和应用现状进行了概述。并对我国水性涂料助剂的发展现状进行了简要介绍,展望了我国涂料助剂的发展方向。
关键词:
水性涂料；助剂；分类；应用；现状；发展。
正文：
助剂 调整和改进涂料和涂层的综合性能
常见助剂如下
1、润湿 分散剂
颜料是一种原始颗粒的聚集体,研磨分散的结果就是将这种聚集体解聚成原始颗粒状态分散到漆料之中,分散效果不佳将导致解聚不完全或者重新絮凝,造成浮色发花、沉底、光泽下降等等弊病。
颜料在分散时必须经历润湿、粉碎、稳定三个步骤
润湿助剂增进颜料附聚体的润湿,分散助剂稳定颜料分散体防止絮凝,一种产品常常兼具润湿和分散功能
2、 流平剂 流平助剂通过降低涂膜表面张力改善流动方式获得良好的涂膜外观,部分特殊的助剂同时能提供滑爽、增硬、抗划伤、防粘连的效果.
3、 主要品种有:
有机硅系流平剂
丙烯酸酯流平剂
其它类型流平剂（氟改性流平剂、高沸点溶剂）
消泡剂分为抑泡剂和破泡剂。抑泡剂主要是控制泡沫的产生并将产生了的泡沫消除,大多在涂料生产和使用过程中发挥作用;破泡剂主要是将产生的小气泡由小变大,使气泡膜逐渐变薄而自行破泡,此类助剂在涂料的整个过程中发挥作用.
主要产品： 有机硅系消泡剂 非硅系消泡剂 氟改性消泡剂
4、附着力促进剂
改善漆膜对底材的密着
附着力促进剂的产品类型 ①树脂类附着力促进剂 含有多种官能团的树脂,能与底材形成一定的化学结合,同时又能与基料互溶结合,提高附着力.PP、PE等高结晶度塑料的表面处理剂也属此类.此类产品不同程度的存在相容性问题. ②硅烷偶联剂 无机底材亲水的极性表面容易吸附上一层水膜,使涂料中的疏水基料难以润湿.硅烷偶联剂中的可水解基团遇到无机表面的水分后水解生成硅醇,而与无机物质结合,形成硅氧烷, 另一部分反应基团与有机物质反应而结合,在无机物质与有机物质界面之间搭起“分子桥” 把两种性质悬殊的材料连接在一起.产品价格昂贵,作用显著. ③ 钛酸酯偶联剂 与硅烷偶联剂类似,只是反应基团不同. ④有机高分子化合物 此类促进剂相容性好,对底材润湿性好. 5、 消光剂 消光就是削弱反射角方向的光线强度。
主要品种有: ①二氧化硅(消光粉) 主要是利用溶剂挥发后漆膜收缩引起涂膜表面不平整,造成光的多角度乱反射以降低光度. ② 硅酸盐类 提高体系的颜料体积浓度来降低光度. ③ 高分子蜡 消光效果相对较弱,只使用在特殊场合.
6、 触变、增稠、防流挂助剂 原理简单来说就是助剂提供聚合物内部的网状结构的交联吸附,粘度升高。加入剪切力将网状结构破坏，粘度下降。撤去剪切力,网状结构回复,于是粘度重新上升.改善产品的施工性、漆膜流平性和产品的贮存稳定性等。
7、增塑剂 以液态存留在漆膜中的不挥发有机液体称为增型剂，又名增韧剂、软化剂。用来增加漆膜的柔韧度和提高漆膜的附着力，同时提高其耐寒性。
常用品种 酯类增塑剂（DBP、DOP) 环氧增塑剂（环氧大豆油）
8. 促进剂 金属皂催干剂 金属有机酸皂具有吸氧能力,能促进油类的氧化聚合. 固化促进剂 有机锡、有机胺或有机酸促进体系的交联 固化.
其它助剂 ①成膜助剂 降低水性漆膜成膜温度、改善乳胶粒子聚结性能。 ②防发花、防浮色剂 防止色漆施工时不同颜料的分离，是一种表面活性助剂。 ③防结皮剂 专用于气干性涂料在贮存过程中的防止氧化结皮，提高产品稳定性。 常用的有：甲乙酮肟、环已酮肟 光引发剂 促进UV涂料光固化反应 ④ 导电率调节剂 导电度增进剂 降低涂料体系电阻,满足静电喷涂要求. 静电防止剂 带有特殊极性基团的有机分子通过吸附空气中的水份,表面活性剂产生极化,形成极薄的导电层,构成静电泄漏通道,使积累的静电消除.
绝缘剂 高电阻值的绝缘助剂分子通过渗透,扩散至涂膜表面,提高涂层表面的绝缘性能。 ⑤ 保护功能类 阻燃剂 通过高温分解吸热,释放阻断剂,减慢燃烧反应速度,放出大量不燃气体,阻止被涂物火势蔓燃.
水性涂料作为一种绿色环保型涂料被广泛地用于建筑、汽车等领域,尤其是在建筑领域。资料统计显示,我国建筑涂料2006年上半年产量达到73107万t,较2005年上半年增长率为11118%,占涂料全行业的32141%。随着国家有关节能、环保政策的出台,在节能建筑、绿色建筑要求的推动下,建筑涂料的发展前景良好。所以水性涂料的发展对整个涂料行业的发展具有举足轻重的作用。 随着水性涂料技术的不断进步,助剂作为水性涂料不可缺少的组分,也取得了长足的发展,助剂总的用量也日益增加,因此,涂料助剂的各项性能和对环境的影响也逐渐受到人们的重视。助剂的产品质量和发展水平从一个侧面反映涂料产品质量和水平,客观评估水性涂料助剂工业应用现状与发展趋势,对于整个涂料工业的发展都是必需的和有益的。
助剂在水性涂料中的作用
涂料助剂被认为是涂料产品的一类重要组成材料，它可以改进生产工艺、改善产品性能，提高涂料施工性能、减少对环境的污染，开发新型涂料特殊功能，推出各种功能的水性涂料。尽管绝大多数助剂在涂料中使用的相对比例不高，但往往对提高和改善涂料和涂膜的性能却能起到十分关键的作用，因此越来越受到业界人士的重视。在某些产品中甚至已到了离不开它的程度，涂料助剂由于其功能的各异而品种繁多。据不完全统计，估计达几千种之多，主要有成膜助剂，润湿剂、分散剂、消泡剂，增塑剂，增稠剂，防冻剂、流平剂、防霉剂及防腐剂、pH调节剂等。
助剂的分类和应用
水性涂料有水分散型和水溶型两种,其中以水分散涂料的应用最为广泛,水分散的水性涂料中按粒径大小与外观又可分为胶体分散和乳液分散两种。水性涂料用助剂的种类较多,主要有乳化剂、成膜助剂、增稠剂及润湿剂、分散剂、消泡剂、防冻剂、流平剂、防霉剂及防腐剂、pH调节剂等。助剂虽然在乳胶涂料中所占的质量分数不大,但其与涂料的各个环节密切相关。下面将各种助剂加以分类阐述。
涂料加工用助剂
乳化剂 在用乳液聚合来制备水性涂料时,乳化剂为聚合提供胶束状微粒,聚合后使聚合物粒子保持稳定, 成为水性涂料的重要组成〔2〕 。但在涂装后,干燥成膜之际,它留在涂膜内常会形成亲水性的成串状小空隙的相分离状态,并向基材界面迁移,这就助长了水向涂膜内侵入。为了解决这个问题,高分子乳化剂和反应性乳化剂的使用成为发展方向。 高分子乳化剂通常是疏水性单体与丙烯酸的嵌段共聚物;反应性乳化剂的结构有多种,侧端常带有亲水性基团或疏水基,这两种乳化剂耐水性都较好。
润湿剂和分散剂 主要是减少完成分散过程所需的时间和能量,同时使颜料分散体稳定。润湿剂可降低液体和固体表面之间的界面张力,使固体表面易于为液体所润湿。常用乳胶涂料润湿剂与乳化剂属于同一范畴的表面活性剂,多为阴离子或非离子表面活性剂。烷基酚聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂作为一种应用较为广泛的润湿剂,由于其能干扰人体内分泌等症状,将会被逐步取代,相关行业的许多大公司也对外宣称不再使用这类产品。 罗地亚公司已有替代烷基酚聚氧乙烯醚的数十种成熟产品推向市场,但是在中国市场,并没有得到广泛使用。空气化工产品公司开发了乙炔二醇类双胞表面活性剂,这种新表面活性剂有二个亲水基和二个或三个疏水基,具有低泡高效等优点,是一种多功能表面活性剂。 分散剂使被润湿的颜填料粒子分散体系在相当长时期内处于相对稳定状态,避免颜填料的絮凝、结块。分散剂分为两大类,即无机分散剂和有机分散剂。无机分散剂中包括磷酸盐、硅酸盐等,使用最多的是六偏磷酸钠。有机分散剂中包括聚丙烯酸盐类、聚异丁烯顺丁烯二酸盐类等。有机分散剂的分散效果通常好于无机分散剂,但有机、无机两类分散剂复配的效果较佳。 磷酸盐可作为分散剂和阻燃剂,由于对环保的考虑,涂料中磷酸盐的使用也将会有所限制。安格斯化学公司生产的新型多功能分散剂AMP已得到广泛的应用,不但分散效果好,还可以改善涂料的光泽,另外还具有耐洗刷、稳定pH值、低气味、耐黄变、降低VOC、高酸碱缓冲容量等功效。
消泡剂 由于在乳胶涂料中加有多种表面活性剂,因此,在其生产制备和施工过程中很容易产生泡沫。消泡剂就是用来抑制涂料在生产中泡沫的出现及消除涂料成膜时出现的气泡。人们早期使用二甲基硅油等,当为短链分子时,相对分子质量小,特别容易迁移,造成麻烦;当为长链分子时,又不易混容,特别容易导致缩孔,因此纯的聚二甲基硅氧烷在现代涂料中几乎不再适用。更好的办法是在侧链或端基引进醚类等其他化学结构部分取代甲基,现多采用有机改性聚硅氧烷作为流平消泡助剂,改性后有机硅与涂料有一定的不相容性,具有较佳的消泡效果。 近几年,为了减少VOC的量,开发了分子级消泡剂和不含VOC的消泡剂。分子级消泡剂将消泡活性物质直接接枝在聚合物分子链上,活性基团分布在分子四周,不易聚集,这样与涂料体系相容性良好,如FoamStarA30系列和SurfynolDF37等。不含VOC的消泡剂,如Agitan315和AgitanE255等。
涂料贮存和施工用助剂
增稠剂 增稠剂能调节乳胶涂料的粘度或流变性,易于形成均匀的涂料组分。有些增稠剂还可改善涂料的触变性,使得便于施工,减少滴流和流挂。由于增稠剂有阴离子、阳离子和非离子3类,选择不当将会改变乳液的电荷性质,对已存在的乳液体系发生影响,严重破坏乳胶涂料的稳定性。 水性涂料用增稠剂的品种主要有膨润土、胶态二氧化硅、纤维素类、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等等。其中,应用最广泛的是水溶性纤维素类衍生物、丙烯酸以及缔合型聚氨酯3类产品。纤维素类增稠剂的普遍缺点是易被微生物降解和发霉,并且乳胶涂料施工时容易飞溅。丙烯酸类增稠剂有不易发生微生物降解的优点,并且与乳液相容性好,容易成膜,涂膜平整而有光泽。缔合型聚氨酯类增稠剂像大分子表面活性剂,亲水端与水分子以氢键缔合,疏水端与涂料中各组分憎水结构吸附在一起,在水中形成立体网状结构,并且可使乳胶涂料具有一定触变性,有利于施工,常用品种如憎水改性的乙氧基化聚氨酯等,这种多功能的环境友好的缔合型聚氨酯增稠剂开发受到普遍重视。1.2.2 固化剂 水溶性涂料在漆膜形成之前成膜物质是溶于水的,一旦成膜后又必须不溶于水,成膜后亲水性官能团消失或大大降低其极性,这个过程为交联固化。 交联方式分为自交联和外加交联剂交联两类〔3〕 ,外加交联剂至少是两官能团物质。一般而言,最常用的固化剂有水溶性三聚氰胺甲醛树脂、苯代三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂,其中以水溶性六甲氧甲基三聚氰胺用得比较普遍。1.2.3 催干剂氧可以和树脂中的双键反应,最主要的树脂是醇酸树脂,其次是聚丁二烯类涂料。反应可以由树脂的凝胶和最终涂膜的硬化来观察到。这一氧化反应可以通过加入金属皂类催干剂而加速,这些皂类包括环烷酸盐、癸酸盐和辛酸盐等。
润湿分散剂
润湿分散剂主要是减少完成分散过程所需的时间和(或)能量，同时使颜料分散体稳定。水性涂料中颜填料的分散稳定包括润湿、分散和稳定三个过程。润湿剂是结构中带有亲水基、亲油基两个基团的表面活性剂。用于水性涂料体系的颜料(金属或有机颜料)分散剂可分为聚电解质高分子化合物或阴离子羧酸、非离子化合物等两类。此类颜料分散剂主要通过以下两种作用来保持颜料粒子的分散性和稳定性。
(1)控制颜料粒子表面上吸附的电荷，由于带有相同电荷而相互排斥，带电的颜料微粒在库仑排斥力作用下来维持水性涂料乳液的分散稳定性。
(2)颜料微粒的表面形成一种稳定的吸附层，阻止颜料微粒相互接近，起到一种空间位阻效应而提高颜料的分散性，从而改善涂膜的外观装饰性并增加了涂料的商品价值。
高分子分散剂，其结构为无规共聚物、接枝共聚物和嵌段共聚物等，其中无规共聚物应用较多。亲水性基团可由羧基、磺酸基、羟基、氨基等组成，疏水性基团多为不饱和烃类，如苯乙烯、乙烯、丁二烯、二异丁烯、(甲基)丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、一甲基苯乙烯等单体组成，亲水性基团也可由一系列共聚物组成，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、马来酸(酯)