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應(yīng)用于水性工業(yè)涂料的SNYTO助劑

3261 人參與  2017年05月09日 12:27  分類 : 涂裝技術(shù)  評(píng)論

今天小編給大家分享的是關(guān)于應(yīng)用于水性工業(yè)涂料的SNYTO助劑的文章,一起來看看吧。

金逐中

(上海深竹化工科技有限公司,上海201108 )

0 概論

水性涂料以水為介質(zhì),眾所周知,水的表面張力(72.5 mN/m)比一般的有機(jī)溶劑明顯要高(通常為20 ~ 40 mN/m)。除水溶性涂料外,水性涂料多為非均相體系,因水帶來的高表面張力不利于水性漆的消泡、滲透、基材潤濕乃至流平,很容易導(dǎo)致水性漆的施工性能不良,漆膜容易產(chǎn)生氣泡、痱子、縮孔、魚眼、針孔等缺陷,還可能因漆液潤濕和滲透性差而降低漆膜對(duì)基材的附著力。水性漆的消泡、脫泡也相對(duì)比溶劑型更難,流動(dòng)與流平、增稠、防霉殺菌等,解決起來都比溶劑型更難一些。另外,水性漆的成膜是一個(gè)非均相、非分子級(jí)的不可逆過程,經(jīng)歷了乳膠粒子的堆積、壓縮和融合的階段,為了形成質(zhì)量的涂膜,往往要借助于成膜助劑將乳膠粒子融合均勻。故此,水性涂料對(duì)助劑的依賴性比溶劑型要高得多,所需助劑的品種和質(zhì)量要求也更加廣泛和嚴(yán)格。

水性涂料的品種非常多,按照其功能可以分為潤濕劑(基材潤濕劑及顏料潤濕劑等)、分散劑、流平劑(潤濕流平劑及表面張力降低劑等)、消泡劑(包括消泡劑、抑泡劑及破泡劑等)、成膜助劑、防腐防霉劑、消光劑、pH調(diào)節(jié)劑、附著力促進(jìn)劑、防閃銹劑及緩蝕劑、抗氧劑、紫外光吸收劑等,還包括一些特殊的效果添加劑,如鋁粉定向劑、抗黏連、增滑、耐磨、增硬、憎水、防涂鴉等助劑。

水性助劑品種很多,需要篩選合適的助劑搭配應(yīng)用于涂料體系,而不是用最好的、最貴的就能解決問題,也不是加得越多越好,更不是哪有問題了就加入哪類助劑去解決,用的合適才是最佳的方案。價(jià)格昂貴的助劑如果沒有用到刀刃上,反而會(huì)起負(fù)面的作用。而有些常規(guī)的助劑如果用得正確,往往能發(fā)揮神奇的功效!

1 分散劑

顏料分散是涂料、油墨、塑料加工及日用化妝品等生產(chǎn)中一個(gè)重要的工藝過程。顏料分散是指在外力的作用下把顏料顆粒潤濕、粉碎、分散到展色劑中,以期得到一個(gè)穩(wěn)定的懸浮體。

1.1 為何要使用分散劑

隨著工業(yè)的發(fā)展與生活水平的提高,顏料被越來越多地應(yīng)用到涂料油墨工業(yè)當(dāng)中以賦予更好的表觀效果。與染料不同,顏料通常不溶于所使用的介質(zhì),大多數(shù)情況下都是以聚集體的方式存在。要得到好的著色力、遮蓋力及色度等,必須將顏料的聚集體打開并保持穩(wěn)定。

如果顏料沒有分散好,許多缺陷就有可能發(fā)生,如:絮凝、失光、顏色偏移、浮色/發(fā)花、貝納爾漩渦、沉淀等如圖1所示。

而這時(shí),分散劑就發(fā)揮作用了。在現(xiàn)代涂料生產(chǎn)中,分散劑主要起以下作用:1)提高研磨效率,縮短研磨時(shí)間,降低生產(chǎn)成本;2)防止返粗及起粒;3)提升光澤和鮮映性,改善流平效果;4)改善浮色發(fā)花;5)提高著色力,改善展色性能;6)降低黏度,改善色漿體系流動(dòng)性,增加顏料載入量;7)減少絮凝,增加施工性和使用性;8)提高體系穩(wěn)定性,包括儲(chǔ)存穩(wěn)定性、防沉性能、抗溶劑沖擊性能;9)增加展色性,增加顏色飽和度;10)增加透明度(大部分有機(jī)顏料)或遮蓋力(大部分無機(jī)顏料)。

1.2 顏料的形態(tài)及粒徑

在涂料中,顏料大多被制成懸浮液使用。顏料的粒徑范圍分布很寬,可以由很小的膠粒粒子(約為0.05μm)到較大的粒子(1 000μm)之間。但研究表明,當(dāng)顏料的粒徑在0.05~0.50 μm之間時(shí),具有最佳的著色力、光澤、遮蓋力和耐候性等。

顏料制造過程中形成的最小粒子稱為原始粒子,它以單晶體或者晶體的團(tuán)塊存在。而原始粒子之間以面面相結(jié)形成的團(tuán)塊,稱為聚集體,聚集體比較緊密,一般的分散設(shè)備很難將其分散成原始粒子。而原始粒子和附聚體通過范德華力結(jié)合在一起,形成的較大的顏料粒狀團(tuán)塊,稱為附聚體。附聚體粒子之間以邊角相接觸,粒子間作用力小,可通過機(jī)械的力量將其分散成原始粒子或聚集體,如圖2所示。

我們希望顏料分散后成為原始粒子的懸浮液(理想狀況),至少也是聚集體和原始粒子的懸浮液。但體系的趨勢是從高能態(tài)回復(fù)到低能狀態(tài),故以微細(xì)顆粒分布的顏料容易聚集成絮凝體。從結(jié)構(gòu)上看,絮凝體與附聚體非常相似,但絮凝體中顏色之間是樹脂溶液而不是空氣。分散劑的存在會(huì)阻止或減緩絮凝的發(fā)生。

1.3 顏料的分散過程

顏料的分散過程由潤濕、分散、穩(wěn)定3個(gè)步驟組成,如圖3所示。

1)潤濕:在顏料凝聚和團(tuán)聚(群聚態(tài))的粒子表面間,空氣和水氣被樹脂溶液所替換。固/氣兩相(顏料/空氣)被轉(zhuǎn)換成固/液兩相(顏料/樹脂溶液)。分散劑尤其是低分子型的潤濕分散劑能加快潤濕的過程。

2)分散:在機(jī)械能作用下(沖擊和剪切力),顏料的團(tuán)聚態(tài)被打碎成較小的微粒,成為分散狀態(tài)(均勻分布)。

3)穩(wěn)定:分散劑用于保持顏料分散狀態(tài)的穩(wěn)定,阻止失控的絮凝。并依據(jù)顏料表面所吸附的黏接劑種類和分子結(jié)構(gòu),促使懸浮液獲得穩(wěn)定狀態(tài)。分散劑尤其是高分子分散劑對(duì)顏料粒子的穩(wěn)定起了很大的作用。

1.4 分散劑對(duì)顏料的錨固機(jī)理

由于顏料表面自然狀態(tài)不同,依其化學(xué)結(jié)構(gòu),可有多種不同基團(tuán)做為高聚物分散劑與其產(chǎn)生錨固作用。錨固作用能通過不同的過程產(chǎn)生。

1)通過離子或酸性/堿性基團(tuán)產(chǎn)生錨固作用:當(dāng)顏料微粒表面活性較高(如無機(jī)顏料)時(shí),微粒表面帶電荷位能與分散劑的相反電荷位或功能基團(tuán)形成離子鍵,如圖4(1)所示。事實(shí)上,許多無機(jī)顏料微粒表面十分復(fù)雜,既有正電荷位又有負(fù)電荷位。因而顏料被分散劑分散時(shí),既有帶負(fù)電荷又有帶正電荷的基團(tuán)與其發(fā)生錨固作用,如圖4(2)及(3)所示。

能在帶電荷或酸性/堿性表面產(chǎn)生錨固作用的功能基團(tuán)有:胺;銨和季銨基;羧酸、磺酸和磷酸基及其鹽;還有硫酸酯與磷酸酯。

2)通過氫鍵的錨固作用:盡管有機(jī)顏料微粒比無機(jī)的惰性強(qiáng),但是氫鍵的供體和受體是有可能存在的,因此在微粒和高聚物分散劑的錨固基團(tuán)間也可能形成氫鍵。單獨(dú)的氫鍵有可能較弱,而聚合物分散劑內(nèi)包含了眾多具有氫鍵供體和受體的錨固鏈段,因此在顏料微粒與分散劑間的相互作用可大大增強(qiáng)。多胺和多羥基化合物既有供體又有受體,可通過氫鍵產(chǎn)生錨固作用。聚醚能通過氫鍵受體產(chǎn)生錨固作用。

3)通過極性基團(tuán)產(chǎn)生錨固作用:有機(jī)顏料微粒表面具有極性或可極性化的基團(tuán),類似地在高聚物分散劑中也有極性或可極性化的錨固基團(tuán),因而錨固作用也可發(fā)生。同樣,這種相互作用通常相對(duì)較弱,但是在聚合物分散劑中,當(dāng)由多個(gè)這樣的基團(tuán)組合成一個(gè)錨固的鏈段時(shí),則會(huì)加強(qiáng)這種相互的作用。聚氨酯常作為極性的錨固基團(tuán)。

4)通過不溶性高分子鏈段形成錨固作用:不需離子鍵、氫鍵或極性作用,僅依靠范德華力就可以使顏料微粒表面與聚合物分散劑通過錨固作用相結(jié)合。分散劑內(nèi)的聚合鏈段僅要求在介質(zhì)中不溶,如圖5所示。

聚氨酯錨固基團(tuán)可能是通過該方式形成的。事實(shí)上,在實(shí)踐中很難區(qū)分這種與先前的兩種吸附過程。多數(shù)的高分子鏈段很可能是通過混合的靜電力(氫鍵和/或極性作用)和范德華力產(chǎn)生錨固作用。這些作用過程也許有一種是占主導(dǎo)地位,但大多數(shù)高效的聚合物分散劑可能會(huì)產(chǎn)生所有這3種過程,并使其影響最大化。

5)通過協(xié)同分散劑形成錨固作用:某些有機(jī)顏料(酞菁藍(lán)和二噁嗪紫等)通過改變粒子本身的化學(xué)結(jié)構(gòu),具有離子基團(tuán)的衍生物使顏料粒子表面有選擇地被活化,使其能與聚合物分散劑中帶電荷的錨固基團(tuán)產(chǎn)生作用。而該衍生物由于極性與顏料相似,也能吸附在顏料的表面。這樣的架橋作用使得難于被錨固的顏料得到很好的穩(wěn)定效果。

1.5 分散劑的穩(wěn)定機(jī)理

發(fā)生絮凝的顏料懸浮液會(huì)使涂料流變性變差(體系黏度、涂料流動(dòng)性)、儲(chǔ)存穩(wěn)定性下降、光學(xué)和顏色性能發(fā)生改變。這些是我們所不希望的,所以要保持顏料懸浮液的穩(wěn)定,在顏料分散的穩(wěn)定方面有2種重要機(jī)理。

1)靜電穩(wěn)定性:在液體涂料中顏料微粒表面帶有電荷。當(dāng)加入分散劑后,可能會(huì)使電荷量增加,并且導(dǎo)致所有的顏料微粒帶上相同的電荷。這樣會(huì)形成雙層靜電結(jié)構(gòu)。當(dāng)顏料表面形成一種電荷后,相反電荷的帶電離子云將圍繞在其周圍。當(dāng)2個(gè)微??拷鼤r(shí),電荷作用阻止其相互吸引。在這樣厚厚的電荷層的作用下,顏料微粒獲得了穩(wěn)定的狀態(tài),如圖6所示。多磷酸鹽及多元羧酸常作為高分子電解質(zhì)使用,這種靜電斥力在水性涂料中非常有效。

2)位阻穩(wěn)定:分散劑通常由錨固基團(tuán)和溶劑化鏈段組成,高分子型分散劑通過錨固基團(tuán)吸附在顏料表面,溶劑化鏈段則伸展在樹脂和溶劑中。從而形成一定厚度的溶劑化高分子鏈段的阻隔層,當(dāng)顆粒吸附層互相靠近而壓縮時(shí),壓縮區(qū)吸附物密度增加,自由度減少,這是個(gè)熵減過程,體系的趨勢是阻止這種進(jìn)程進(jìn)一步發(fā)生。隨著鏈段的混合,溶劑被排出粒子間,這也會(huì)導(dǎo)致溶劑濃度不均衡,滲透壓同樣會(huì)迫使溶劑返回微粒間以維持微粒的分離狀態(tài)。這些過程綜合作用,就起到了位阻的效應(yīng),如圖7所示。

位阻穩(wěn)定作用的2個(gè)基本要求是錨定基團(tuán)對(duì)顏料有足夠強(qiáng)的吸附力,以及溶解化鏈段完全溶解在介質(zhì)中。為了保證分散劑的功效,錨定基團(tuán)對(duì)顏料表面的吸附作用必須是穩(wěn)定和持久的。另外,當(dāng)高分子鏈段很好地溶解和適當(dāng)?shù)卣归_時(shí),位阻穩(wěn)定作用得到加強(qiáng)。若相容性不好,則高分子鏈段會(huì)折疊,使位阻效應(yīng)喪失。吸附層高分子的相對(duì)分子質(zhì)量越大,空間位阻越大。但過高的相對(duì)分子質(zhì)量可能引起架橋絮凝。通常來說低分子分散劑對(duì)體系穩(wěn)定性略差。

1.6 用于水性涂料的深竹分散劑

1) 超分散劑

表1列出了深竹化工用于水性涂料顏料分散的超分散劑,1000系列的分散劑都是相對(duì)分子質(zhì)量非常高的含有多組錨定基團(tuán)的超分散劑,對(duì)于有機(jī)顏料、碳黑等具有極佳的分散效果,也適用于無機(jī)顏填料的分散穩(wěn)定。

表1 水性涂料顏料用超分散劑

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特性

適用范圍

SN-1727

特殊高分子聚合物

淺黃色透明液體

27%

丙二醇

高分子耐水型分散劑,對(duì)各種有機(jī)顏料、無機(jī)顏料有極佳的分散效果

內(nèi)外墻乳膠漆、水性工業(yè)漆、水性色漿

SN-1790

含親顏料基團(tuán)的高分子聚氨酯

黃色透明液體

50%

通用性好,適合水性涂料體系的無機(jī)及有機(jī)顏料分散

各種水性涂料,通用性廣

SN-1727適用于多種顏填料,也適用于制備無樹脂色漿。在多種顏料體系中,具有最佳的分散效果及降粘效果,并且具有最佳的性價(jià)比,是使用非常廣泛的一款分散劑。SN-1785則是受控自由基型分散劑,與各種樹脂相容性好,制備的色漿穩(wěn)定性好。SN-1790的通用性非常廣泛,適用于各類水性工業(yè)涂料。

2)潤濕分散劑

表2列出了深竹化工生產(chǎn)的用于水性涂料顏填料分散的潤濕分散劑。2000系列的分散劑相對(duì)于1000系列的產(chǎn)品而言,相對(duì)分子質(zhì)量略低,一般的分散劑內(nèi)部錨定基團(tuán)為1 ~ 5個(gè),多用于水性工業(yè)漆及乳膠漆中,分散無機(jī)顏料及填料,也適用于有機(jī)顏料及碳黑的分散。

表2 潤濕分散劑

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特 性

適用范圍

SN-2320

聚醚叔胺聚合物

淺棕色黏稠液體

100%

通用性廣,對(duì)有機(jī)顏料及無機(jī)顏料均有較好的分散效果

各種中高極性溶劑型及水性涂料體系

SN-2327

聚醚叔胺聚合物

黃色黏稠液體

100%

水溶性好,對(duì)各種有機(jī)及無機(jī)顏料有較好的分散效果,水油通用

水性工業(yè)漆,中高極性體系

SN-2376

高分子共聚物的銨鹽

淺棕色黏稠液體

100%

通用性強(qiáng),對(duì)無機(jī)及有機(jī)顏料有較好的分散能力,縮短研磨時(shí)間,分散碳黑效果優(yōu)異,水油通用

各種溶劑型和水性體體系中顏料的分散

SN-2725

疏水改性聚丙烯酸銨鹽分散劑

淺黃色透明液體

25%

丙二醇

疏水改性,特別適合于無機(jī)顏料的分散,具有低泡性、優(yōu)異的貯存穩(wěn)定性及不影響涂膜耐水性的特點(diǎn)

乳膠漆(尤適用于外墻)、水性工業(yè)漆

SN-2740

鈉鹽類分散劑

無色至淺黃色液體

40%

高效,低黏度水性體系的分散劑。特別適合于無機(jī)顏料的分散,具有低泡性、優(yōu)異的貯存穩(wěn)定性等特點(diǎn)

內(nèi)墻乳膠漆、高PVC體系、色漿制備

SN-2742

胺鹽類分散劑

無色至淺黃色液體

40%

胺鹽類分散劑,高效,低黏度水性體系的分散劑。特別適合于無機(jī)顏料的分散,具有低泡性、優(yōu)異的貯存穩(wěn)定性及不影響耐水性等特點(diǎn)

乳膠漆(尤適用于外墻)、陶瓷、混凝土及無機(jī)顏填料表面處理

SN-2774

高分子共聚物

琥珀色黏稠液體

100%

高分子型分散劑,對(duì)各種有機(jī)顏料、無機(jī)顏料有極佳的分散效果,適用于色漿制備

水性色漿制備

SN-2320、SN-2327、SN-2376均是水油通用的分散劑,既適用于溶劑型涂料體系,又適用于水性涂料;既適用于有機(jī)顏料及碳黑,也適用于無機(jī)顏料及填料,通用性非常廣泛。其中SN-2320非常適用于水溶性涂料體系。SN-2327的通用性非常廣泛,在水性涂料體系中應(yīng)用效果也比較好。SN-2740及SN-2742是鈉鹽及胺鹽類聚丙烯酸分散劑,多應(yīng)用于乳膠漆,用于分散鈦白粉及填料。而SN-2725則是進(jìn)行疏水改性的聚丙烯酸分散劑,具有優(yōu)異的耐水性,適用于普通水性工業(yè)漆有耐水要求的分散劑。SN-2774是一款高分子共聚物,多應(yīng)用于水性色漿的制備,對(duì)各種顏料的潤濕分散效果非常好。

3)輔助顏料分散的潤濕劑

表3列出了深竹化工的顏料潤濕劑。潤濕劑能促進(jìn)液體對(duì)固體粒子表面的良好潤濕,將顏料表面的氣-固相替換成液-固相,從而加快研磨速度,促進(jìn)色漿的展色性和穩(wěn)定性。

表3 潤濕劑

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特 性

適用范圍

SN-3704

炔二醇類

淺黃色液體

50%

丙二醇

降低體系的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)表面張力、消泡及抑泡,水敏性低、具有很好的底材潤濕及顏料潤濕作用

水性工業(yè)漆、水性烤漆、特別適用于快速施工體系

SN-3710

顏料潤濕劑

透明液體

100%

對(duì)各種顏填料有很好的潤濕性,在制漿時(shí)加入有助于研磨,適量添加不影響耐水性,可提高涂料的展色性、貯存穩(wěn)定性,避免浮色發(fā)花

各種水性色漿、內(nèi)外墻乳膠漆、水性工業(yè)漆

SN-3711

低泡顏料潤濕劑

白色黏稠液體

100%

對(duì)各種顏填料有很好的潤濕性,具有顯著的低泡性和較強(qiáng)的基材潤濕能力,適量添加不影響耐水性,可提高涂料的展色性、貯存穩(wěn)定性,避免浮色發(fā)花

各種水性色漿、內(nèi)外墻乳膠漆、水性工業(yè)漆

SN-3704是炔二醇類潤濕劑,使用安全性好,不穩(wěn)泡、兼具有潤濕、分散、消泡及流平的功能,并且快速降低動(dòng)態(tài)表面張力。當(dāng)然,SN-3704的潤濕、消泡效果均一般,但使用相對(duì)非常安全,也可與其他有機(jī)硅類潤濕劑搭配使用。SN-3710及SN-3711是專用的顏料潤濕劑,搭配分散劑使用,對(duì)顏料的潤濕分散、展色、穩(wěn)定具有優(yōu)異的促進(jìn)作用。

2 基材潤濕劑及流平劑

2.1 潤濕流平劑的定義

能夠促進(jìn)漆膜流動(dòng),幫助獲得一個(gè)平整表面的助劑稱為表面控制助劑。而根據(jù)功能的不同,又可細(xì)分為流平劑、底材潤濕劑及防縮孔助劑等。表面控制助劑能夠自發(fā)地遷移到漆膜的表面并影響漆膜的表面張力以及表面張力梯度。

2.2 表面張力、表面張力梯度及其對(duì)漆膜流平的影響

使一個(gè)體系形成新的表面需要給予體系一定的能量。表面張力是指形成或擴(kuò)散單位面積的表面所需的最低能量,即單位面積上的自由能。如圖8所示,處于表面的液相分子受的力與處于內(nèi)部液相分子所受的力是不對(duì)稱的,這種不平衡力的趨勢是將表面分子拉入液體內(nèi)部,使液體表面積盡可能縮小。

在實(shí)際的涂料體系中,由于存在水及溶劑的揮發(fā),以及在整個(gè)漆膜的范圍內(nèi)各處水及溶劑揮發(fā)以及漆膜固化速度等不同,整個(gè)漆膜的表面張力是不相同的。某一點(diǎn)與臨近點(diǎn)之間的表面張力的差值稱為表面張力梯度。液體就會(huì)從表面張力低的地方遷移到表面張力高的地方,從而引起了漆膜的不平整(如圖9所示)??梢哉J(rèn)為表面張力梯度或者表面張力差是在實(shí)際涂料施工過程中影響涂料流平的主要原因。

由此可見,要達(dá)到完善的流平效果,必須消除漆膜成膜過程中所形成的表面張力差。換句話說,一個(gè)流平劑的好壞取決于它提供均勻表面張力的能力,并且這個(gè)均勻的表面張力要不隨著漆膜的變化(如溶劑的揮發(fā)、漆膜的固化、黏度的上升等)而變化。

2.3 潤濕流平劑作用機(jī)理及影響因素

流平劑主要工作原理是通過遷移到漆膜表面,在表面形成一個(gè)表面張力不隨涂料成膜過程而變化的具有始終均一表面張力的單分子膜。根據(jù)熱力學(xué)原理,能滿足以上需求的物質(zhì)通常具備2個(gè)特點(diǎn):1)具有比體系更低的表面張力;2)與體系的相容性有限。

涂料被施工于物體表面后,各種影響因素的關(guān)系可以下式來表示:

其中:a0—初始振幅,cm;at—經(jīng)過一段時(shí)間(t)后的振幅,cm;t—時(shí)間,s;h—涂層平均厚度;λ—波長,cm;γ—涂料的表面張力,N/m;η—黏度,Pa﹒s.

式中的a0、at、λ與施工工藝有關(guān),拋開這些因素,上式可簡化為:

換言之,流平速度與黏度、表面張力及膜厚相關(guān)。黏度越低,流平時(shí)間越短;膜厚越高,流平時(shí)間越短;表面張力越高,流平動(dòng)力越大。

2.4 有機(jī)硅潤濕流平劑

由于有機(jī)硅鏈段的表面張力很低,以及它們與樹脂體系的相容性有限,往往能夠以更快的速度遷移到漆膜的表面,從而表現(xiàn)出更快的流平速度(初期流平);同時(shí)有機(jī)硅流平劑可以比非硅流平劑更早地遷移到漆膜表面,更有助于消除漆膜干燥初期由水及溶劑揮發(fā)引起的貝納爾漩渦。

2.5 丙烯酸酯及改性丙烯酸酯潤濕流平劑

從流平劑的影響因素公式可看出,真正驅(qū)動(dòng)漆膜由不平整狀態(tài)變成平整狀態(tài)的是漆膜的表面張力。表面張力越高,其流平動(dòng)力越強(qiáng)。通常丙烯酸酯類流平劑的表面張力比有機(jī)硅流平劑高,故在趨向最終流平的動(dòng)力方面,添加丙烯酸酯類流平劑的體系具有更好的最終效果,換言之,漆膜的最終平坦性會(huì)更好。這是丙烯酸酯流平劑的主要作用,也是其獨(dú)立于有機(jī)硅流平劑存在的重要基礎(chǔ)。這一點(diǎn)對(duì)于高黏涂料體系更是如此(需要更高的流平動(dòng)力)。

相比較而言,有機(jī)硅流平劑的主要優(yōu)勢在于消除各種漆膜干燥初期由于溶劑揮發(fā)等原因所產(chǎn)生的各種對(duì)流平有負(fù)面影響的擾動(dòng)如貝納爾漩渦等,這方面的作用就是我們經(jīng)常提到的短波流平。對(duì)于溶劑含量比較高的涂料,流平好壞的關(guān)鍵常常在于長波流平的控制。

而對(duì)于一般的溶劑型涂料,其漆膜干燥過程通??梢钥醋?個(gè)階段:1)施工初期,這個(gè)時(shí)候溶劑含量比較高,黏度較小,流動(dòng)比較容易。這時(shí)最需要防止的就是溶劑揮發(fā)過程中產(chǎn)生的貝納爾漩渦;2)溶劑大部分揮發(fā)以后,漆膜就成為了黏度比較大的高固體含量體系。這個(gè)時(shí)候需要非硅流平劑來提供更大的流平動(dòng)力。

通常,如果配方中將有機(jī)硅和非硅流平劑搭配使用,就能夠在漆膜干燥的全過程中都有比較好的表面控制,從而獲得最佳的流平效果。

2.6 炔二醇及其衍生物類潤濕流平劑

液體對(duì)底材潤濕程度的好壞可用接觸角來衡量,如圖10所示。通常液體與底材之間的表面張力相差越大,則相應(yīng)的接觸角越小,潤濕的效果也越好。

一般來說,潤濕流平劑降低表面張力的能力超強(qiáng),其對(duì)底材的潤濕能力也就越好。但是與防縮孔能力不同的是,防縮孔能力通常與流平劑的靜態(tài)表面張力有關(guān),而潤濕往往是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程,是一個(gè)在涂料或油墨施工過程中所產(chǎn)生的現(xiàn)象,故與潤濕效果好壞關(guān)聯(lián)比較密切的是流平劑的動(dòng)態(tài)表面張力的高低。靜態(tài)表面張力反應(yīng)的是助劑降低表面張力的能力,而動(dòng)態(tài)表面張力反應(yīng)的是助劑降低表面張力的速度。涂料及油墨在施工中的底材潤濕是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,尤其是一些高速印刷的油墨、壁紙等體系。炔二醇類產(chǎn)品是對(duì)稱型的非離子型表面活性劑,其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)使該類產(chǎn)品具有很低的動(dòng)態(tài)表面張力,同時(shí)具有控制泡沫(不穩(wěn)泡,帶有抑泡功能)、不會(huì)形成膠束、酸堿穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。高親水型的表面活性劑或多乙氧基化合物表面活性劑在涂膜干燥成膜后,易再重新溶于水,引發(fā)已干燥的涂層表面缺陷,如發(fā)黏、發(fā)白、發(fā)霧、耐水性、耐鹽霧變差等,炔二醇類的潤濕劑的水敏性低,是一款使用安全性非常高的潤濕劑。

2.7 用于水性涂料的基材潤濕劑

水的表面張力比較高,遠(yuǎn)超過各種常見底材。故水性涂料尤其是水性工業(yè)漆、水性木器漆等,對(duì)底材的潤濕經(jīng)常成為首要解決的問題。表4列出深竹化工常用的基材潤濕劑。

表4 基材潤濕劑

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特性

適用范圍

SN-3704

炔二醇類

淺黃色液體

50%

DPM

降低體系的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)表面張力、消泡及抑泡,水敏性低、具有很好的底材潤濕及顏料潤濕作用

水性工業(yè)漆、水性烤漆等

SN-3720

炔二醇環(huán)氧乙烯烷加成物

淺黃色液體

100%

HLB值為4,大幅度降低體系的動(dòng)態(tài)表面張力,出色的底材潤濕能力和消泡效果

水性工業(yè)漆、印刷、水墨、墻紙、壓敏膠、覆膜膠等

SN-3740

炔二醇環(huán)氧乙烯烷加成物

淺黃色液體

100%

HLB值為8,大幅度降低體系的動(dòng)態(tài)表面張力,非常優(yōu)異的底材潤濕能力、防縮孔能力,具有一定的消泡效果,水可分散性優(yōu)于3704及3720

水性工業(yè)漆、印刷、水墨、墻紙、壓敏膠、覆膜膠等

SN-3764

炔二醇乙氧基化合物

淺黃色液體

100%

HLB值為8,低動(dòng)態(tài)表面張力和靜態(tài)表面張力,優(yōu)秀的控泡性、底材潤濕能力、防縮孔能力

水性木器漆、水性工業(yè)漆、水性油墨、涂料、膠黏劑

SN-3765

炔二醇環(huán)氧乙烯烷加成物

淺黃色液體

100%

HLB值為13,大幅度降低體系的動(dòng)態(tài)表面張力,水溶性好,用于純水性體系,具有優(yōu)異的底材潤濕能力、防縮孔能力,不帶消泡效果

水性工業(yè)漆、無樹脂水性體系

SN-3781

丙烯酸酯流平劑

無色透明液體

50%

二丙二醇甲醚

在水性體系中有極佳的流平性,不影響層間附著力,底材潤濕能力強(qiáng),具備一定防止縮孔性能,使用安全性高

適用于各類水性涂料

SN-4727

聚醚改性硅氧烷

淡黃色黏稠液體

100%

大幅度降低表面張力,對(duì)pH不敏感,極佳的底材潤濕能力與防縮孔能力,水油通用,流平性好,不提供滑度

水性涂料和光固化涂料

SN-4745

聚醚改性硅氧烷

淡黃色黏稠液體

100%

極佳的底材潤濕能力與防縮孔能力,水油通用,流平性好,不提供滑度

水性涂料和光固化涂料

SN-4748

聚醚改性硅氧烷

淡黃色黏稠液體

100%

更低的表面張力,強(qiáng)力防縮孔能力和底材潤濕能力,水油通用

水性涂料、溶劑型涂料和光固化涂料

SN-4788

特殊有機(jī)硅聚合物

淡黃色液體

75%

DPM

低動(dòng)態(tài)表面張力及靜態(tài)表面張力,不穩(wěn)泡,對(duì)pH不敏感,使用安全性好

水性工業(yè)漆、水性木器漆、印刷、水墨、墻紙、壓敏膠、覆膜膠等

通常來說,能夠降低水性體系表面張力的物質(zhì)都可作為基材潤濕劑。但有些底材如塑料等本身表面張力很低,為了提高基材潤濕劑的通用性,通常作為基材潤濕劑的物質(zhì)降低表面張力的能力都很強(qiáng)(25 mN/m以內(nèi)),一般是以有機(jī)硅化合物為主。例如SN-4727、SN-4745、SN-4748等。其中SN-4745、SN-4748是三硅氧烷結(jié)構(gòu),具有極低的靜態(tài)表面張力,基材潤濕效果優(yōu)異,但對(duì)體系的pH比較敏感,pH在6~8之間的體系比較穩(wěn)定,超出此范圍則易因水解而失效。SN-4745是最通用型的基材潤濕劑,廣泛應(yīng)用于油性和水性體系。SN-4748在水性體系降低表面張力的能力最強(qiáng),故可應(yīng)用于對(duì)底材潤濕要求最高的體系。SN-4727的靜態(tài)表面張力則略低,基材潤濕效果較SN-4745及SN-4748略差,但對(duì)pH不敏感,使用安全性更好,也更加不穩(wěn)泡。SN-4788則是一款特殊改性的有機(jī)硅潤濕劑,具有較低的動(dòng)態(tài)表面張力及靜態(tài)表面張力,不穩(wěn)泡,使用安全性好。

SN-3704、SN-3720、SN-3740、SN-3764、SN-3765均是炔二醇及其衍生物類潤濕劑。如上所述,炔二醇類潤濕劑的動(dòng)態(tài)表面張力很低,適用于快速施工。同時(shí)具有不穩(wěn)泡、酸堿穩(wěn)定性好、水敏性低的特點(diǎn),是使用安全性最高的水性基材潤濕劑。SN-3704是最通用的炔二醇潤濕劑,具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)潤濕能力,多應(yīng)用于印刷行業(yè),具有較好的抑泡效果。SN-3720、SN-3740、SN-3765均為炔二醇環(huán)氧乙烷加成物,與SN-3704相比,分子量更高,經(jīng)過環(huán)氧乙烷改性后,水溶性更好。其中水溶性最好的是SN-3765,完全可溶于水,但抑泡及消泡效果就相對(duì)稍差,在某些體系中甚至略微起泡。SN-3740的通用性則最廣,其潤濕性最佳,并具有消泡效果,廣泛應(yīng)用于水性工業(yè)漆、水性木器漆、壓敏膠、水性油墨等。SN-3764則是乙氧基改性的炔二醇,分子鏈更長,相對(duì)于其他炔二醇類產(chǎn)品而言,靜態(tài)表面張力更低,故單純從潤濕而言,SN-3764比較好,例如SN-3764應(yīng)用于水性木器漆,能幫助涂料對(duì)木材的潤濕,排走藏匿的氣泡和微泡,同時(shí)提供優(yōu)異的流平和光澤。SN-3764廣泛應(yīng)用于金屬涂料、水性木器、印刷油墨、皮革涂料、壓敏膠等。

炔二醇類潤濕劑具有極低的動(dòng)態(tài)表面張力,而有機(jī)硅類潤濕劑則具有很低的靜態(tài)表面張力,通常二者拼用會(huì)有更好的效果。

2.8 用于水性涂料的流平劑

在水性涂料中,基材潤濕劑通常也具有流平效果。從以上介紹的原理可以得知,表面張力越低,其基材潤濕效果越好,但是流平效果卻并一定越好。同時(shí),幾乎所有基材潤濕劑都不具備滑爽的手感,這時(shí)候,就需要專業(yè)的滑感流平劑來輔助。表5列出了深竹化工制備的用于水性涂料的有機(jī)硅和非硅流平劑。

表5 有機(jī)硅和非硅流平劑

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特性

適用范圍

SN-3760

氟碳改性丙烯酸酯

無色透明液體

60%

異丁醇

流平效果好,不影響層間附著力;有消泡效果; 底材潤濕能力強(qiáng),具備一定防止縮孔性能

用胺中和后可用于水性體系

SN-3781

丙烯酸酯流平劑

無色透明液體

50%

二丙二醇甲醚

在水性體系中有極佳的流平性,不影響層間附著力,底材潤濕能力強(qiáng),具備一定防止縮孔性能,使用安全性高

適用于各類水性涂料

SN-4034

氟碳改性硅氧烷

無色透明液體

50%

PM

氟硅類助劑,相容性好,超強(qiáng)抗縮孔能力。適用于各種水性和溶劑型體系

水油通用

SN-4333

聚醚改性硅氧烷

淡黃色黏稠液體

100%

通用性廣,相容性好,流平效果好,防縮孔能力強(qiáng),手感好

各種水性和溶劑型涂料體系

SN-4341

聚醚改性硅氧烷

淡黃色黏稠液體

100%

強(qiáng)力防縮孔,抗黏連效果好,兼具消泡效果,手感優(yōu)異,亞粉定向

各種溶劑型涂料體系,不適用于亮光清漆

SN-4345

聚醚改性硅氧烷

淡黃色黏稠液體

100%

通用性廣,相容性好,流平效果好,防縮孔能力強(qiáng),手感優(yōu)異

各種水性和溶劑型涂料體系

SN-3760是一款氟碳改性丙烯酸酯流平劑,不影響重涂,不穩(wěn)泡,對(duì)體系的后期流平和長波流平有很好的控制作用,多應(yīng)用于水溶性涂料體系,用于水性涂料中須先用胺中和pH后方可加入。SN-3781是一款丙烯酸酯流平劑,在水性體系中具有極佳的流平性和使用安全性。SN-4333則是一款通用的有機(jī)硅流平劑,具有爽滑的手感,良好的前期流平和短波流平控制效果。SN-4345的硅含量則更高,其手感比SN-4333更滑爽,而SN-4341的滑感則最強(qiáng)。SN-4034是一款氟硅類助劑,具有優(yōu)異的抗縮孔能力,其耐溫性非常優(yōu)異,適用于水性、水溶性烤漆及溶劑型涂料系統(tǒng),也適用于多數(shù)有抗縮孔要求的水性自干漆。

3 消泡劑

3.1 氣泡的定義

一個(gè)相當(dāng)大量的不溶性氣體(通常為空氣)分散在少量液體中的分散體,氣液之間存在著極大的界面,液體以薄層的形式將氣體彼此分開而形成的非均相體系稱為氣泡。

泡沫以其形態(tài)可以分為泡和泡沫2種:獨(dú)立分開的單個(gè)的泡稱為泡(一般在高黏度的溶劑型涂料中會(huì)出現(xiàn)類似的小泡);相互聚集在一起,大小不均一的泡則稱為泡沫(水性涂料中常見)。

含有充裕的液體,氣泡沒有顯著的變形,稱為“濕氣泡”或“球形氣泡”;當(dāng)液體從聚集泡沫中流出時(shí),膜變得更薄,氣泡聚集得更緊密,從而形成多面結(jié)構(gòu),稱之為“濕干泡”或“多面體氣泡”。

3.2 涂料油墨工業(yè)中泡沫的產(chǎn)生的途徑

1)顏填料所吸附的空氣;2)漆膜固化產(chǎn)生的反應(yīng)泡;3)生產(chǎn)或施工過程中帶入的機(jī)械泡;4)多孔底材中被吸附的空氣在施工過程中釋放所帶來的氣泡。

3.3 泡沫的穩(wěn)定機(jī)理

純凈的液體不能生成穩(wěn)定的泡沫,如圖12所示.

氣泡從液體內(nèi)部上升至液面,根據(jù)Stoks定律,它的上升速度與氣泡半徑的平方成正比,與液體的黏度成反比:

為上升速度,為泡半徑,η為液體黏度。

當(dāng)體系中含有多種組份,特別是表面活性劑時(shí),情況就發(fā)生了改變。表面活性劑會(huì)自行定向于液相/氣相界面,降低了表面張力,同時(shí)使泡沫的膜壁達(dá)到一定的厚度,對(duì)泡沫產(chǎn)生穩(wěn)定的作用。

表面活性劑通過Marangoni(馬蘭格尼效應(yīng))和靜電效應(yīng),避免了膜層的變薄,并使泡沫穩(wěn)定。

1)馬蘭格尼效應(yīng)(表面活性劑導(dǎo)致的液體回流現(xiàn)象,抵消重力作用)

上升至表面的氣泡在重力的作用下,液相向下流動(dòng),從而造成分布在氣泡表面的表面活性劑濃度產(chǎn)生變化。層膜頂部由于分布的表面活性劑少,表面張力比其他部位更高。其他部位的的液體就會(huì)向表面張力高的頂部遷移回流。如果重力和回流的力量在氣泡層膜厚到達(dá)臨界破泡厚度(10 nm)之間達(dá)到平衡,氣泡將被穩(wěn)定。

2)靜電效應(yīng)

表面活性劑同時(shí)具有親油和親水的特性。當(dāng)氣泡膜中的液體由于重力作用逐漸排出時(shí),膜的兩個(gè)表面互相貼近,表面活性劑的極性端或電荷端將會(huì)互相靠攏,此時(shí)相同的極性或電荷端會(huì)互相排斥,從而阻止膜層中的液體繼續(xù)排出。而處于平衡狀態(tài)的膜層大于臨界膜厚時(shí),氣泡也將穩(wěn)定。

3.4 消泡劑作用機(jī)理

作為消泡劑的物質(zhì),必須滿足2個(gè)條件:1)消泡劑和它所應(yīng)用的體系不相容;2)消泡劑具有比所應(yīng)用體系更低的表面張力。

加入少量物質(zhì)能使泡沫很快消失的物質(zhì)稱為消泡劑,它能在泡沫體系之中所產(chǎn)生的穩(wěn)定表面張力不平衡,并能打破發(fā)泡體系的表面黏度和表面彈性的物質(zhì)。消泡劑能按照一定的粒度大小均勻地分散于泡末介質(zhì)之中,產(chǎn)生持續(xù)和均衡的消泡能力。當(dāng)泡沫介質(zhì)由于某種原因要起泡時(shí),它首先能阻止泡沫的產(chǎn)生。而在已經(jīng)生成泡沫的體系中,它又能迅速地散布,破壞氣泡的彈性膜,使之破裂。

3.5 破泡劑、抑泡劑和脫泡劑

1)破泡劑(Process-additives):在工業(yè)生產(chǎn)過程中起到暫時(shí)性的泡沫控制作用,以后可能有一定的泡沫控制能力,也可能較差。破泡劑通過表面張力作用侵入泡膜,擴(kuò)散、取代泡膜膜層,膜層變薄,使已經(jīng)生成的泡沫就此破裂,如圖16所示。

2)抑泡劑(Product-additives):最后產(chǎn)品中所含有的添加劑。涂料生產(chǎn)出來后,經(jīng)過貯存,在涂料涂裝時(shí)仍有滿意的泡沫控制能力,故要求有良好的消泡能力持久性,涂料中一般都使用這類消泡劑。抑泡劑與液體中的起泡物質(zhì)同時(shí)吸附于氣泡膜壁上。吸附抑泡劑的泡膜表面張力低下,使泡膜變薄,泡沫的表面能不平衡,因此泡沫變得不穩(wěn)定,在浮上液面過程中就會(huì)破裂。見圖17所示。

3)脫泡劑:也稱之為空氣釋放劑。主要針對(duì)高黏度的溶劑型漆中的單個(gè)小泡,它們很難上升到液面而消除。脫泡劑能改善空氣中的流動(dòng),使相鄰的泡沫互相聚集合并,體積變大,向表面運(yùn)動(dòng)的速度加快,從而易于破除。見圖18所示。

3.6 消泡劑的分類

1)礦物油類消泡劑:由75%~80%的載體油(烴油、水、脂肪醇、脂肪酸酯、溶劑等)、10%~15%的憎水顆粒和5%~10%的乳化劑或展開劑組成。該類消泡劑通常價(jià)格低,消泡效率高(尤其是高PVC體系),對(duì)pH不敏感,也容易加入,不易引起縮孔。但該類消泡劑易引起油分離、失光等缺陷,可能增加黏塵性、降低層間附著或重涂性,對(duì)消微泡的作用有限,芳香族礦物油還有黃變的傾向。

2)有機(jī)硅類消泡劑:有機(jī)硅消泡一般分為兩類物質(zhì):一類以聚二甲基硅氧烷為主,在某些情況下,也可以是乙基和部分為羥基、苯基、氰基、三氟丙基等的硅氧烷;另一類是以聚醚或有機(jī)物改性的聚二甲基硅氧烷。

由于有機(jī)硅化合物的低表面張力以及與大多數(shù)涂料體系不相容的特點(diǎn),在涂料工業(yè)中有機(jī)硅消泡劑被大量使用。同時(shí)由于上述特點(diǎn),多數(shù)有機(jī)硅消泡劑往往只需要很少的添加量就可以起到優(yōu)異的消泡效果。有機(jī)硅消泡劑在所有體系中均具有高效的消泡效果,對(duì)微泡也非常有效,但通常需要經(jīng)過高速分散或研磨。

3)聚合物消泡劑(不含有機(jī)硅):通常是由破泡聚合物和憎水粒子組成,對(duì)重涂和展色性沒有影響,在高PVC體系中通常非常高效,對(duì)pH的敏感性低,也不會(huì)影響層間附著力和重涂性,不易產(chǎn)生縮孔。但消泡效果與體系相關(guān),產(chǎn)品選擇的余地比較小。

4)憎水顆粒的消泡作用:憎水顆粒(如疏水性的二氧化硅、酰胺和金屬皂等)能夠吸附穩(wěn)泡性的表面活性劑,從而達(dá)到消泡的作用。同時(shí),疏水粒子能進(jìn)入泡膜并在泡膜中架橋,毛細(xì)壓力作用使液體排出液膜,孔洞將自然增大,最終導(dǎo)致液膜破裂。

3.7 用于水性涂料的消泡劑

表6列出了深竹化工用于水性工業(yè)涂料及乳膠漆的消泡劑。

表6 深竹化工用于水性工業(yè)涂料及乳膠漆的消泡劑

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特性

適用范圍

SN-5702

改性礦物油及金屬皂

淺黃色液體

100%

廣譜型消泡劑,抑泡效果好,使用安全性高,不影響光澤

各種水性涂料

SN-5710

改性聚醚

淺黃色液體

100%

綜合性能最佳的消泡劑,改性聚醚類,消泡效果極佳,相容性極好,不會(huì)產(chǎn)生油縮等弊病

各種乳膠漆

SN-6724

改性聚硅氧烷和憎水固體

黏稠液體

98%

適用于高黏體系及難消泡體系的消泡,對(duì)消除微泡有幫助,消泡效果非常優(yōu)異,添加后需要進(jìn)行研磨或高速分散

水性工業(yè)漆、水性木器漆、水性油墨等

SN-6725

破泡聚硅氧烷溶液

乳白色液體

25%

乳液型,可后添加高速分散即可。相容性好,易分散,不會(huì)引起漆膜弊病,使用安全性好

水性工業(yè)漆、水性木器漆、水性油墨等

SN-6728

破泡聚硅氧烷溶液

乳白色液體

98%

水性體系的標(biāo)準(zhǔn)分散劑,相容性好,消泡速度快,使用安全性高,不易引起漆膜弊病

水性工業(yè)漆、水性木器漆、水性油墨等

SN-6745

硅酮類

褐色不透明黏稠液體

100%

厚漿型消泡劑,適用于高黏度彈性涂料、各種厚漿型涂料及高檔膩?zhàn)?,具有極佳的消泡效果

普通內(nèi)外墻乳膠漆、高檔膩?zhàn)?、彈性涂料、水性油墨、水性膠粘劑。最適用于厚漿型彈性涂料及高檔膩?zhàn)?/p>

SN-6750

破泡聚硅氧烷溶液

乳白色液體

25%

乳液型,可后添加高速分散即可。相容性好,易分散,不會(huì)引起漆膜弊病,使用安全性好

水性工業(yè)漆、水性木器漆、水性油墨等

SN-6788

改性聚硅氧烷和憎水固體

乳白色液體

25%

乳液型有機(jī)硅消泡劑,相容性好,易分散,不會(huì)引起漆膜弊病,使用安全性好

水性工業(yè)漆、水性木器漆、水性油墨等

其中SN-5702是改性礦物油及金屬皂化合物,通用性好,使用安全性高,多用于乳膠漆。SN-5710則是改性聚醚類的消泡劑,綜合性能優(yōu)異,推薦應(yīng)用于乳膠漆。應(yīng)用于水性工業(yè)漆、木器漆多采用有機(jī)硅類的消泡劑,比較通用的產(chǎn)品是SN-6728及SN-6788,如果要相容性更好,可以選用SN-6725。而SN-6724及SN-6750則是消泡效果最好的有機(jī)硅消泡劑,加入這兩款消泡劑,最好在研磨前加入,或都加入后經(jīng)過長時(shí)間的高速攪拌,以免產(chǎn)生縮孔等漆膜弊病。

4 流變助劑

4.1 概論

流變助劑又稱為流變改性劑,用以解決涂料貯藏和施工中的流變問題,主要是指涂料靜置時(shí)的增黏和涂裝時(shí)的流平、防流掛等。理想的流變狀態(tài)是涂料貯藏穩(wěn)定,不分層、不沉降,同時(shí)施工時(shí)有良好的流動(dòng)性和流平性,同時(shí)又不會(huì)產(chǎn)生流掛。

水性涂料的流變助劑從作用上來看主要有兩大類,即低剪增稠劑和高剪流平劑。低剪指剪切速率很低(1s-1或更低,甚至接近0)時(shí)的情況。低剪切速率下的黏度稱為Stormer(斯托默)黏度,又稱KU黏度。高剪對(duì)應(yīng)涂料施工時(shí)的黏度(1 000 s-1或更高),通常又稱為ICI黏度。水性涂料的增稠劑也按此分為高剪切增稠劑、中剪切增稠劑及低剪切增稠劑等。高剪切狀態(tài)對(duì)應(yīng)施工時(shí)的情況,在涂裝時(shí)受到刷涂力或噴涂力的作用時(shí)涂料在基材表面上展布。要想得到好的涂裝效果,必須有合適的高剪切黏度,以便控制漆液既能有良好的流動(dòng)流平性又不會(huì)流掛,這種流變助劑通常又被稱為流平劑。涂料在低剪切速率下的黏度決定了涂料的貯藏穩(wěn)定性,低剪切速率下的黏度大,涂料不易分層和沉淀。但低剪黏度過大,又會(huì)影響涂料施工時(shí)的流動(dòng)和流平性。圖20列出了不同剪切黏度的增稠劑對(duì)涂料性能的影響。

4.2 纖維素醚類增稠劑

纖維素通過NaOH堿化后再與氯甲烷、氯乙酸、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷等反應(yīng),可制成水溶性的纖維素醚。纖維素醚在乳膠漆中廣泛用作增稠劑,特別是羥乙基纖維素(HEC)。另外,在纖維素的親水骨架上引入少量疏水的長鏈烷基可制成疏水改性纖維素(HMHEC)。目前HEC的代表產(chǎn)品有亞什蘭的250HBR、阿克蘇的EBS 481 FQ等。圖21是纖維素衍生物分子結(jié)構(gòu)示意。

4.3 堿溶脹增稠劑

堿溶脹增稠劑是一種陰離子型增稠劑,有締合型堿溶脹增稠劑(HASE)和非締合型堿溶脹增稠劑(ASE)兩種。ASE是聚丙烯酸鹽堿溶脹型增稠劑,在堿性體系中產(chǎn)生中和反應(yīng),樹脂被溶解后羧基的靜電排斥作用使得聚合物鏈伸展開來,從而使體系黏度增大,產(chǎn)生增稠效果。增稠效果與體系的酸堿度有很大關(guān)系,必須預(yù)先將體系調(diào)成堿性,再加入增稠劑才能產(chǎn)生增稠效果。ASE類增稠劑對(duì)漆膜耐水性有一定的影響,多應(yīng)用于內(nèi)墻乳膠漆。

HASE分子中不僅有大量羧基,還有用作疏水改性的長支鏈,在堿性體系中具有靜電排斥作用,同時(shí)與乳液粒子和顏填料的疏水部分締合形成三維網(wǎng)絡(luò)的作用,增稠效率更高,同時(shí)增稠后的涂料具有一定的流平性、抗飛濺性,涂料呈現(xiàn)一定的觸變性,耐水性也明顯比ASE類增稠劑優(yōu)異,故應(yīng)用更加廣泛,除應(yīng)用于乳膠漆外,也可應(yīng)用于水性工業(yè)漆、水性木器漆等。圖22列出HASE作用機(jī)理示意。

萬華化學(xué)的堿溶脹增稠劑有ASE類及HASE類,如表7所示。

4.4 聚氨酯增稠劑

聚氨酯增稠劑(HEUR)是非離子型的,是疏水基團(tuán)改性的乙氧基聚氨酯聚合物,乙氧基的引入使HEUR具有水溶性,HEUR分子結(jié)構(gòu)中的疏水基多為烷基,起締合作用, 是產(chǎn)生增稠效應(yīng)的關(guān)鍵,與乳液粒子、顏填料等締合形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),提供高剪切黏度,分子中的親水鏈通過水分子產(chǎn)生氫鍵,進(jìn)一步增稠,同時(shí)增稠劑分子在濃度高于臨界膠束濃度時(shí)形成膠束,提供中剪(1~ 100 s-1)黏度。表8列出了幾種不同的增稠劑的性能對(duì)比。

表7 堿溶脹增稠劑的特性

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特性

適用范圍

Vesmody A401

HASE

乳白色液體

30%

高效的中剪切增稠劑,極低的氣味、良好的流動(dòng)性和流平性、抗飛濺性及熱穩(wěn)定性

水性工業(yè)漆、水性乳液漆等

Vesmody A406

HASE

乳白色液體

30%

高效的中、低剪切增稠效率,低氣味,良好的耐擦洗和耐水性,應(yīng)用于亞光體系,可有效降低漆膜光澤

水性工業(yè)漆、水性乳液漆等

Vesmody A801

ASE

乳白色液體

30%

優(yōu)異的低剪切增稠效率,良好的觸變性、抗流掛性、抗飛濺性、罐內(nèi)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性,低氣味

水性工業(yè)漆、水性乳液漆等

表8 增稠劑的性能對(duì)比

性質(zhì)

HEC增稠劑

HASE增稠劑

HEUR增稠劑

抗飛濺性

很好

優(yōu)

流平性

尚好-優(yōu)

優(yōu)

漆膜豐滿度

尚好-優(yōu)

優(yōu)

高光澤潛力

尚好-優(yōu)

優(yōu)

配方敏感性

不敏感

中度敏感

敏感

pH敏感性

不敏感

中度敏感

不敏感

耐擦洗性

取決于配方

取決于配方

優(yōu)

耐堿性

很好

不好-好

優(yōu)

耐腐蝕性

很好

電解質(zhì)敏感性

不敏感

中度敏感

不敏感

生物敏感性

優(yōu)

優(yōu)

從表8可以看出,HEUR增稠劑具有最佳的綜合性能,并且能提供中剪、高剪及低剪切黏度。表9是我司銷售的HEUR增稠劑。

表9 HEUR增稠劑性能

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特性

適用范圍

Vesmody U300

高剪切環(huán)保型增稠劑

透明至淡乳色液體

20%

采用特有的Unicap技術(shù),超低氣味,提供出色的高剪增稠效率,不含有機(jī)錫、溶劑及APEO

水性工業(yè)漆、水性乳液漆等

Vesmody U604

中剪切環(huán)保型增稠劑

透明至淡乳色液體

25%

優(yōu)異的中剪增稠效率,良好的色漿穩(wěn)定性,氣味低、不含有機(jī)錫、溶劑及APEO

水性工業(yè)漆、水性乳液漆等

Vesmody U605

中剪切高效型增稠劑

透明至淡乳色液體

40%

水、二乙二醇丁醚

優(yōu)異的中剪增稠效率,良好的色漿穩(wěn)定性,U604的高效型產(chǎn)品

水性工業(yè)漆、水性乳液漆等

Vesmody U902

低剪切環(huán)保型增稠劑

透明至淡乳色液體

35%

優(yōu)異的低剪增稠效率,提供強(qiáng)假塑性及高觸變性。極佳的色漿穩(wěn)定性,氣味低、不含有機(jī)錫、溶劑及APEO

水性工業(yè)漆、水性乳液漆等

Vesmody U905

低剪切高效型增稠劑

透明至淡乳色液體

40%

水、二乙二醇丁醚

優(yōu)異的低剪增稠效率,提供強(qiáng)假塑性及高觸變性。極佳的色漿穩(wěn)定性,U902的高效型產(chǎn)品

水性工業(yè)漆、水性乳液漆等

4.5 無機(jī)增稠劑

有機(jī)膨潤土、凹凸棒土、氣相二氧化硅、蒙脫土、硅酸鋁鎂鹽、硅酸鋰鎂鹽等都是無機(jī)的增稠劑。通常無機(jī)增稠劑的低剪增稠性好、具有較好的防沉性和抗生物降解性。例如深竹化工的SN-9340是一款水合硅酸鋁鎂鹽,可應(yīng)用于厚漿型涂料,其性能見表10。

表10 SN-9340性能

品名

組成

外觀

活性份

特性

適用范圍

SN-9340 觸變增稠劑

水合硅酸鋁鎂鹽

白色粉末

100%

應(yīng)用于厚漿型涂料,具有增稠及抗流掛的功能

乳膠漆,澆鑄涂料,工業(yè)漆、防腐漆、調(diào)和漆等

4.6 其他水性增稠劑

改性聚脲增稠劑是另一種改性聚氨酯增稠劑,分子結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)-HN-CO-NH-(脲基)和可締合的端基,所以既有締合作用,也能在涂料中形成氫鍵。比較精典的產(chǎn)品有BYK-420、BYK-425等。

5 殺菌劑和防霉劑

5.1 概論

水性涂料以水為介質(zhì),其中所含有的一些親水的組分如親水基的樹脂、纖維素增稠劑等,在適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸鹊那闆r下,很容易孳生微生物和霉菌,從而導(dǎo)致水性涂料出現(xiàn)分水、分層、破乳、長霉菌、發(fā)臭等腐敗變質(zhì)的現(xiàn)象。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生,水性涂料一般需要加入殺菌劑(又稱為防腐劑)。另外,水性涂料成膜后,由于同樣的原因,漆膜有一定的吸水性,也容易長霉生藻,在漆膜中添加防霉劑或防藻劑,就能改善此類現(xiàn)象。

對(duì)水性涂料而言,微生物和霉菌的影響分為兩個(gè)方面:涂料在液體狀態(tài)時(shí)的影響,以及干漆膜的影響。殺菌劑(防腐劑)主要用來防止漆液在貯藏過程中變質(zhì),尤其是夏天高溫天氣,如果不加殺菌劑,涂料很快就會(huì)變質(zhì)發(fā)臭。干膜的防霉及防藻需要用到防霉劑,其用量則要大很多。

滿足以下幾個(gè)條件的物質(zhì)可以作為殺菌劑和防霉劑:1)具有廣譜殺菌防霉性,藥效高,活性持久;2)對(duì)人體無毒或低毒,使用安全,對(duì)材料無腐蝕;3)本身穩(wěn)定性高,耐候、耐光、耐熱,適用的pH范圍廣;4)在涂料中穩(wěn)定,不會(huì)引起其他組分起化學(xué)反應(yīng),不影響漆膜的理化性能,不易揮發(fā);5)性價(jià)比高,使用方便易添加;6)干膜防霉防藻劑不溶于水或難溶于水。

常用的殺菌劑和防霉劑主要有異噻唑啉酮及其衍生物、苯并咪唑化合物、取代芳烴化合物、三嗪類化合物、緩釋甲醛類化合物及其他化合物等。

5.2 卡松類(CMIT/MIT)殺菌劑

卡松最早由羅門哈斯公司推出,是CMIT與MIT按3∶1的比例混合而成,其商品名為卡松,后來成為這類產(chǎn)品的公稱。卡松的分子結(jié)構(gòu)如下:

這類產(chǎn)品的特性是高效,使用的劑量低。同時(shí)具有廣譜殺菌和效果,可有效抑制各種細(xì)菌、霉菌和酵母,殺菌的速度非???,其缺點(diǎn)是對(duì)pH比較敏感,當(dāng)pH大于8時(shí)穩(wěn)定性下降,大于9時(shí)就不推薦使用了。另外,胺類、硫醇、硫化物和強(qiáng)的還原劑會(huì)使之失效,過量使用還有一定的刺激性,由于CMIT在過量使用時(shí)有一定的刺激性,并且含有鹵素,多數(shù)國家允許使用的最大量為1.5×10-5。SN-9725就是這類殺菌劑,其價(jià)格便宜,殺菌速度非???,是內(nèi)外墻涂料最常用的殺菌劑。SN-9726和SN-9740中也含有卡松的成分。

5.3 BIT類殺菌劑

BIT是1,2-苯并異噻唑啉-3-酮,其毒性比較低,也不含有重金屬和鹵素,不含甲醛,氣味低,對(duì)人體刺激小,廣譜殺菌,對(duì)細(xì)菌、霉菌和酵母菌都有效,具有出色的化學(xué)穩(wěn)定性,不需要額外添加化學(xué)穩(wěn)定劑,耐熱高達(dá)180 ℃以上,對(duì)pH不敏感,而且對(duì)防腐的物料體系有長效保護(hù)作用。以下是其分子式:

SN-9710及SN-9720就是該類殺菌劑。具有長效殺菌及環(huán)保、無刺激的特性。

5.4 BBIT類防霉劑

BBIT是2-丁基-1,2-異噻唑啉-3-酮,是一款環(huán)保型的高效防霉劑,其熱穩(wěn)定性非常優(yōu)異,超過300℃不分解,同時(shí)有良好的耐紫外線功能,戶外使用不會(huì)失效。在水中的溶解度低,適用于多數(shù)水性工業(yè)漆、水性木器漆及建筑涂料的戶外防霉。SN-9782即是該類產(chǎn)品,其惟一的缺陷就是價(jià)格相對(duì)較高。與SN-9780(多菌靈+OIT+敵草?。┫啾雀迎h(huán)保,BBIT的分子結(jié)構(gòu)式如下。

5.5 用于涂料工業(yè)的殺菌防腐劑

表11列出了深竹化工提供的用于涂料工業(yè)的殺菌防腐劑及防霉防藻劑。

表11 深竹化工提供的用于涂料工業(yè)的殺菌防腐劑及防霉防藻劑

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特性

適用范圍

SN-9710 長效殺菌劑

BIT

無色透明水溶液

10%

耐堿、耐極性高溫,廣譜長效防腐防老霉(霉菌及酵母),不含甲醛及VOC,純水性綠色環(huán)保

高檔內(nèi)外墻涂料、水性木器 漆、水性工業(yè)漆、水性色漿等

SN-9720 長效殺菌劑

BIT

白色水性分散體

20%

高純度低色度、高細(xì)度,良好的穩(wěn)定性,使用方便,不含VOC,綠色環(huán)保

高檔內(nèi)外墻涂料、水性木器 漆、水性工業(yè)漆、水性色漿、乳液合成等

SN-9725 殺菌劑

CMIT/MIT

淡藍(lán)色透明水溶液

2.50%

廣譜快速殺菌,用量低,性價(jià)比高,不含甲醛及VOC

通用型內(nèi)外墻涂料等

SN-9726 長效殺菌劑

BIT+CMIT/MIT

白色水性分散體

10%

快速殺菌,長效防腐,耐高溫、耐堿,性能優(yōu)于MIT+BIT,不含甲醛及VOC

高檔內(nèi)外墻涂料、水性工業(yè)漆等

SN-9740 長效殺菌劑

CMIT/MIT+緩釋甲醛縮合物

無色透明水溶液

4%

廣譜快速殺菌,性價(jià)比高,相容性好,緩慢釋放甲醛殺菌,罐頂氣相保護(hù)

外墻涂料

SN-9750 長效殺菌劑

BIT+MIT

淡黃色水溶液

10%

不含甲醛、VOC及CMIT,協(xié)同增效,殺菌更廣譜,穩(wěn)定性好,效果更持久

高檔內(nèi)外墻涂料、水性色漿等

SN-9780 防霉劑

多菌靈+OIT+敵草隆

乳白色水性分散體

 

強(qiáng)效防霉防藻功能,廣譜抗菌,穩(wěn)定性好,耐紫外線、耐高溫、相容性好

外墻防霉

SN-9782 防霉劑

BBIT

淡黃色透明液體

20%

良好的耐凍、耐熱穩(wěn)定性,廣譜防霉殺菌,用于罐內(nèi)及漆膜均有效

木器涂料防霉

SN-9784 防霉劑

有機(jī)雜環(huán)類

乳白色水性分散體

40%

廣譜高效防霉劑,用量低,性價(jià)比高

木器涂料防霉

6 其他水性涂料助劑

6.1 防閃銹助劑

水性金屬涂料涂于鋼鐵表面,在干燥過程中會(huì)產(chǎn)生閃銹(閃蝕),是最常見的金屬表面涂裝問題,主要出現(xiàn)在被腐蝕的界面或新近活化的鋼鐵表面。這些閃銹破壞了涂層與鋼鐵表面的附著,并很容易后續(xù)逐漸擴(kuò)大銹蝕程度,使涂層失去保護(hù)作用。添加防閃銹劑能夠有效避免或減輕此類現(xiàn)象的發(fā)生。

常見的防閃銹助劑有亞硝酸鈉水溶液、有機(jī)鋅螯合物、鉬酸鹽化合物、胺絡(luò)合物等。SN-9779是由多種特殊的螯合物混合而成的防閃銹助劑,防閃銹效果非常好,超過國外同類產(chǎn)品,對(duì)鑄鐵、碳鋼等底材有非常好的防閃銹效果,添加量為0.5% ~ 1.0%,對(duì)焊縫部位也有非常好的防閃銹效果,添加量為2%左右,其性能見表12。

表12 防閃銹助劑性能

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特性

適用范圍

SN-9779 防閃銹助劑

特殊螯合物

淺黃色液體

60%

防止水性涂料閃銹的形成,有效解決在噴砂鋼鐵、焊縫位置易出現(xiàn)的閃銹問題,并解決水性涂料漆膜干燥后短期內(nèi)遇水返銹問題

水性金屬涂料

6.2 附著力促進(jìn)劑

水性乳液或聚氨酯分散體樹脂(PUD或PUA),涂裝于金屬底材上,常有附著力不好的問題。加入SN-7763磷酸酯類附著力促進(jìn)劑,能明顯增進(jìn)涂料對(duì)金屬底材的附著力,并能輕微改善耐鹽霧性能。另外,SN-7535、SN-7560、SN-7592等產(chǎn)品都是硅烷偶聯(lián)劑,可以增加對(duì)玻璃、金屬底材的附著力、耐水性、耐酒精性以及耐鹽霧性能,由于硅烷偶聯(lián)劑遇水會(huì)水解,并通過水解來達(dá)到與底材的結(jié)合,故建議在配漆階段即施工前加入到水性涂料中。

表13 附著力促進(jìn)劑性能

品名

組成

外觀

活性份

溶劑

特性

適用范圍

SN-7763

磷酸酯類

無色粘稠液體

60%

IPA

對(duì)各種金屬底材有極佳的附著力促進(jìn)作用,特別適用于難附著力的底材如電鍍面、非鐵金屬、不銹鋼等,增加漆膜耐水性、耐鹽霧性能

水性金屬涂料

SN-7535

環(huán)氧基改性硅烷偶聯(lián)劑

無色透明液體

≥99%

增進(jìn)對(duì)玻璃、金屬的附著力,改善耐水性和耐酒精性

水性玻璃漆

SN-7560

環(huán)氧基改性硅烷偶聯(lián)劑

無色透明液體

≥99%

增進(jìn)對(duì)玻璃、金屬的附著力,改善耐水性和耐酒精性

水性玻璃漆

SN-7592

氨基改性硅烷偶聯(lián)劑

無色透明液體

≥98.5%

增進(jìn)對(duì)玻璃、金屬的附著力,改善耐水性和耐酒精性

水性玻璃漆

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