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涂料助剂的种类及应用

2021-04-08 10:59:05

涂料助剂又称水性漆辅料,系配制涂料的辅助材料,能改进涂料性能,促进涂膜形成。种类很多,包括催干剂、增韧剂、乳化剂、增稠剂、颜料分散剂、消泡剂、流平剂、抗结皮剂、消光剂、光稳定剂、防霉剂、抗静电剂等,其中用量最大的是催干剂和增韧剂。

涂料助剂是涂料不可缺少的组成部分,它可以改进生产工艺,保持贮存稳定,改善施工条件,提高产品质量,赋予特殊功能。合理正确选用助剂可降低成本,提高经济效益。经多年发展,涂料助剂种类众多,而且在涂料生产的各个阶段都发挥了不同的作用。

制造阶段有

引发剂、分散剂、酯交换催化剂

反应过程有

消泡剂、乳化剂、过滤助剂等

贮存阶段有

防结皮剂、防沉淀剂、增稠剂、触变剂、防浮色发花剂、抗胶凝剂等

施工阶段有

流平剂、防缩孔剂、防流挂剂、锤纹助剂、流动控制剂、增塑剂等

成膜阶段有

聚结助剂、附着力促进剂(也叫附着力增进剂)、光引发剂、光稳定剂、催干、增光、增滑、消光、固化、交联、催化助剂等

赋予特殊功能方面有

阻燃、杀生物、防藻、抗静电、导电、腐蚀抑制、防锈助剂等

笼统来说,按照其用途划分包括附着力增进剂,防粘连剂,防缩孔剂,防发花剂,防浮色剂,消泡剂,抑泡剂,抗胶凝剂,黏度稳定剂,抗氧剂,防结皮剂,防流挂剂,防沉淀剂,抗静电剂,导电控制剂,防霉剂、防腐剂,聚结助剂,腐蚀抑制剂,防锈剂,分散剂、润湿剂,催干剂,阻燃剂,流动控制剂,锤纹助剂,流干剂,消光剂,光稳定剂、光敏剂,光学增亮剂,增塑剂,增滑剂、防划伤剂,增稠剂,触变剂等。

涂料助剂是除了主要成膜物质、颜填料、溶剂之外,一种添加到涂料中去的成分,能使涂料或涂膜的某一特定性能起到明显改进作用的物质。在涂料配方中的用量很小,主要是多种无机化合物和有机化合物,包括高分子聚合物等。

涂料助剂按其在加工、贮存、施工、成膜过程中功能等进行分类:

改善涂料生产工艺的性能:湿润剂、分散剂、乳化剂、消泡剂等。

改善涂料贮存性能和运输的性能:防沉剂、防结皮剂、防腐剂、冻融稳定剂等。

改善涂料施工性能:触变剂、防流挂剂、电阻调节剂等。

改善涂料的固化成膜性能:催干剂、固化促进剂、光敏化剂、光引发剂、助成膜剂等。

防止漆膜性能:防流挂剂、流平剂、浮色发花防止剂、附着力剂、增稠剂等。

赋予涂料某种特殊性能:紫外线吸收剂、光稳定剂、阻燃剂、抗静电剂、防霉剂等。

常用涂料助剂

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、光泽下降等弊病。润湿剂能使固体物料更易被水浸湿的物质,通过降低其表面张力或界面张力,使水能展开在固体物料表面上,或透入其表面,而把固体物料润湿。高分子型的分散剂,在固体颗粒的表面形成吸附层, 提高形成立体阻碍的颗粒间的反作用力,使固体粒子表面形成双分子层结构,外层分散剂极性端与水有较强亲合力,增加了固体粒子被水润湿的程度。固体颗粒之间因静电斥力而远离,达到稳定颜料体系的作用。

消泡剂

消泡剂:又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消泡作用。

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:有机金属催干剂、有机胺或有机酸促进体系的交联固化。光引发剂:促进UV涂料光固化反应。

催干剂

一类能加快涂膜干结的物质,对于干性油膜的吸收氧和双键的聚合起促进作用。它可使油膜的干结时间由数日缩短到数小时,施工方便且可防止未干涂膜的沾污和损坏。由于皂类催干剂油溶性好,故催干效力较高。现代涂料工业多采用环烷酸皂作催干剂。环烷酸皂通常用复分解法生产。

增韧剂

即增塑剂(见塑料助剂)。涂料工业常用的品种有邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯和一些特殊品种。

增稠剂

能够提高涂料粘度、降低其流动性的物质。使用增稠剂的重要目的是改善储存过程稳定性,减轻涂饰时的流淌现象。涂料用的增稠剂主要有以下几类:a.纤维素醚及其衍生物 b.碱溶胀型增稠剂 c.聚氨酯增稠剂和疏水改性非聚氨酯增稠剂 d.无机增稠剂

抗结皮剂

防止水性涂料在使用或储存过程中表面结皮的物质,抗结皮剂有酚类及肟类两种,如:邻甲氧基苯酚、甲基乙基酮肟和环己酮肟等。有些溶剂如双戊烯等具有一定的抗结皮作用,可配合酚类或肟类抗结皮剂使用。

润湿分散剂

润湿分散剂按分子量划分,可分成低分子量的和高分子量的。低分子量的润湿分散剂一般指分子量在数百以下的低分子量化合物,高分子量的润湿分散剂是指分子量在数千乃至几万、并具有表面活性的高分子量化合物。

低分子量的润湿分散剂通常为表面活性剂,可分为离子型的和非离子型的。离子型的又可分为阳离子型,阴离子型和两性的表面活性剂,另外还有一种电中性的表面活性剂。高分子量润湿分散剂是指分子量在数千乃至几万的具有表面活性的高分子化合物。分子中必须含有在溶剂或树脂溶液中能够溶解伸展开的链段,发挥空间稳定化作用。分子中还必须含有能够牢固地吸附在颜料粒子表面上的吸附基团。

常见的润湿分散剂如下图:

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流平剂

常用类型的防缩孔、流平剂有溶剂类、相容性受限制的长链树脂、相容性受限制的长链硅树脂等。

溶剂类流平剂主要是高沸点溶剂混合物。溶剂型涂料仅借助增加溶剂以降低粘度来改善流平性,将使涂料固体分下降并导致流挂等弊病;或者保持溶剂含量只加入高沸点溶剂以图调整挥发速度来改善流平,干燥时间也相应延长。故此两方案均不理想。只有加入高沸点溶剂混合物,显示各种递增特性(挥发指数、蒸馏曲线、溶解能力)较为理想。溶剂类流平剂主要成分是各种高沸点的混合溶剂,具有良好的溶解性,也是颜料良好的润湿剂。常温固化涂料由于溶剂挥发太快,涂料粘度提高过快妨碍流动而造成刷痕,溶剂挥发导致基料的溶解性变差而产生的缩孔,或在烘烤型涂料中产生沸痕、起泡等弊病采用这类助剂是很有效的。另外采用高沸点流平剂调整挥发速度,还可克服泛白弊病。

相容性受限制的长链树脂常用的有聚丙烯酸类、醋丁纤维素等。它们的表面张力较低,可以降低涂料与基材之间的表面张力而提高提高涂料对基材的润湿性.排除被涂固体表面所吸附的气体分子,防止被吸附的气体分子排除过迟而在固化涂膜表面形成凹穴、缩孔、桔皮等缺陷;此外它们与树脂不完全相混容,可以迅速迁移到表面形成单分子层,以保证在表面的表面张力均匀化,增加抗缩孔效应.从而改善涂膜表面的光滑平整性。聚丙烯酸酯类流平剂又可分为纯聚丙烯酸酯、改性聚丙烯酸酯(或与硅酮拼合)、丙烯酸碱容树脂等,纯聚丙烯酸酯流平剂与普通环氧树脂、聚酯树脂或聚氨酯等涂料用树脂相容性很差,应用时会形成有雾状的涂膜。为了提高其相容性,通常用有较好混容性的共聚物。

相容性受限制的长链硅树脂常用的有聚二甲基硅氧烷,聚甲基苯基硅氧烷,有机基改性聚硅氧烷等。这类物质可以提高对基材的润湿性而且控制表面流动,起到改善流平效果的作用,当溶剂挥发后,硅树脂在涂膜表面形成单分子层,改善涂膜的光泽。改性聚硅氧烷又可分为聚醚改性有机硅,聚酯改性有机硅,反应性有机硅,引入有机基团有助于改善聚硅氧烷和涂料树脂的相容性,即使浓度提高也不会产生不相容和副作用,改性聚硅氧烷能够降低涂料与基材的界面张力,提高对基材的润湿性,改善附着力,防止发花,桔皮,减少缩孔,针眼等涂膜表面病态。

氟系表面活性剂,其主要成分为多氟化多烯烃,对很多树脂和溶剂也有很好的相容性和表面活性,有助于改善润湿性、分散性和流平性,、还可以在溶剂型漆中调整溶剂挥发速度。

常见的流平剂如下图:

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消泡剂

消泡剂多为液体复配产品,主要分为三类:矿物油类、有机硅类、聚合物类。

矿物油类消泡剂

矿物油类消泡剂通常由载体、活性剂、展开剂等组成。载体是低表面张力的物质,其作用是承载和稀释,常用载体为水、烃油、脂肪醇等;活性剂的作用是抑制和消除泡沫,活性剂的选择取决于介质的性质,常用的有蜡、硅油、脂族肪酰胺、高分子量聚乙二醇、脂肪酸酯、金属皂、疏水性二氧化硅等。

有机硅类消泡剂

有机硅类消泡剂一般包括两类:聚二甲基硅氧烷和改性聚二甲基硅氧烷。聚二甲基硅氧烷为高沸点液体,溶解性很差,具有很低的表面张力,热稳定性好,是一类广泛应用的消泡剂。随着其结构和聚合度的不同,聚二甲基硅氧烷体现不同的性能,可以作为稳泡剂、消泡剂、流平剂、锤纹剂,只有具有适宜的溶解度和相容性的聚二甲基硅氧烷才具有消泡功能,有些情况下,甲基也可以为乙基、苯基等取代。聚二甲基硅氧烷消泡剂一般有本体、溶液、乳化型和复合型几种形式,复合型是涂料中应用最广的形式。

向聚二甲基硅氧烷主链引入聚醚和有机基团进行改性可以满足不同树脂体系和配方的要求,调节亲水和亲油性的平衡,提高消泡能力又能同时改善涂膜外观,引入氟原子可以大幅度降低表面张力和提高消泡能力。

常见的消泡剂如下图:

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增稠剂

乳胶漆用增稠剂根据作用机理可分为缔合型和非缔合型,按其组成主要有四类:无机增稠剂类,纤维素类,聚丙烯酸类,聚氨酯类。

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纤维素类增稠剂

纤维素类增稠剂是应用历史较长、适用面广的一类重要增稠剂,主要包括羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素,其中羟乙基纤维素使用最为广泛。与其它增稠剂相比,纤维素类增稠剂具有以增稠效率高、与涂料体系相容性好、贮存稳定性优良、抗流挂性能高、粘度受PH影响小、不影响附着力的优点,但纤维素增稠剂的使用也存在较大的缺陷限制了其使用,主要表现在以下几个方面:

(1)抗霉菌性差,纤维素增稠剂量属天然高分子化合物,易受到霉菌攻击,导致粘度下降,对生产和贮存环境要求严格;

(2)流平性,以纤维素增稠的乳胶涂料在剪切应用力作用下,增稠剂与水之间的水合层被破坏,易于施工,涂布完成后,水合层的破坏即行终止,粘度迅速恢复,涂料无法充分流平,造成刷痕或辊痕;

(3)飞溅性在高速温涂施工时,辊简和基材的出口间隙处常会产生涂料小颗粒,称之为雾化;在手工低速辊涂时则称为飞溅;

(4)纤维素类增稠剂容易导致乳胶粒子的絮凝和相分离,影响涂料稳定性。产生胶水收缩现象。


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