乳胶涂料助剂的选择与应用

      前言 如今,乳胶涂料已成为建筑涂料市场的主导产品,乳胶涂料由颜 填料(骨料) 、乳液、溶剂、助剂四部分组成。其中助剂是乳胶涂料 不可缺少的组分, 助剂的选择与应用水平在一定程度上决定了涂料产 品质量水平,所以乳胶涂料助剂的选择和应用至关重要。 乳胶涂料助剂主要包括:润湿分散剂、消泡剂、增稠流变剂、 成 膜助剂、防冻剂、防腐剂、抗藻剂等几大类。本文重点介绍这几类助 剂的选择和应用。 1.润湿分散剂的选择与应用 在乳胶涂料配方中, 科学合理的选择和应用润湿分散剂制得稳定 的颜填料分散浆是生产高品质乳胶涂料的基础。 乳胶涂料是以水为溶 剂或分散介质,水的表面张力和介电常数较大,在乳胶涂料颜填料浆 的配方中通过使用润湿分散剂来完成水和漆料对颜填料的有效润湿 和稳定分散。理论认为,乳胶涂料中颜填料粒子的分散和稳定是以静 电斥力和空间位阻二者共同作用而达到稳定效果的。
 
1.1 湿润剂 乳胶涂料中所用湿润剂包括阴离子型和非离子型两大类。 润湿剂通过选择性的吸附到颜填料粒子的表面, 降低颜填料的表 面张力或界面张力,取代在其表面上的水汽和空气,提高颜填料粒子 与漆料的亲和力,从而大大缩短了研磨分散的时间,提高颜填料分散 的细度。 杨式定理认为:γs=γsL+γLcosθ 其中θ——液、固之间的接触角 γs——固体、气体之间的表面张力 γL——液体、气体之间的表面张力 γsL——固体、液体之间的表面张力 润湿剂的作用是改变颜填料与介质之间的界面性质, 降低固液接 触角θ,同时降低γs,从而提高润湿效率。
    在乳胶涂料中湿润剂的用量不宜太大, 否则会引起泡沫和涂膜的 耐水性能降低等缺陷。

1.2 分散剂 分散剂是指用来帮助固体颗粒在液体介质中稳定悬浮的表面活 性物质。 乳胶涂料用分散剂包括三大类型:磷酸盐类分散剂、多元酸均聚 物分散剂、多元酸共聚物分散剂。 磷酸盐类分散剂中用得最多的是聚磷酸盐,如六偏磷酸钠、多 聚磷酸钠、三聚磷酸钾和焦磷酸四钾等。此类分散剂的作用机理是通 过氢键和化学吸附产生静电斥力而有一定的稳定作用。 对无机颜料和 填料分散效果好。 多聚磷酸盐容易受 PH 值和温度的影响而发生水解, 导致涂料贮存稳定性不好,同时在乙二醇、丙二醇等二醇类溶剂中溶 解性不够好,可能会影响漆膜光泽。 多元酸均聚物分散剂和多元酸共聚物分散剂的作用机理是通过 分子结构中的锚定基团在颜料和填料表面产生较强的吸附或锚固作 用,同时其较长的分子链形成空间位阻,链端具有水溶性,还辅以静 电斥力,从而达到稳定的结果。 在乳胶涂料制造过程中,润湿和分散是两个不同的概念。一些表 面活性物质同时具有润湿和分散作用, 同一助剂可以完成润湿和分散 作用,一般称其为润湿分散剂。
 
1.3 润湿分散剂的用量 乳胶涂料配方中, 颜填料体系需要的润湿分散剂的种类和用量因 颜填料不同而不同,需要在理论的指导下进行实验确定。配方中润湿 分散剂的最佳用量一般是通过绘制颜填料分散浆粘度曲线来获得, 该 方法有一定的参考意义,实际生产制造中还需要经过生产、储存和施 工等的验证。

2.消泡剂的选择与应用
乳胶涂料在生产、使用过程中都会有气泡产生,气泡的产生给生 产和施工带来不便和影响。 传统乳胶涂料消泡剂一般分为三类:矿物油类、聚硅氧烷类和其 他类消泡剂。 矿物油类消泡剂使用较多, 大多用于平光和半光涂料中。
    聚硅氧烷类消泡剂的消泡和抑泡能力强,不影响光泽,适用于有光涂 料。传统乳胶涂料消泡剂以与水相不相容而达到消泡目的的,因此容 易产生涂膜表面缺陷。 分子级消泡剂是近几年新开发的消泡剂产品。据有关资料报道, 这种消泡剂是将消泡活性物质接枝到载体物质上形成聚合物, 聚合物 分子链上带有湿润作用的羟基,消泡活性物质分布在分子四周,活性 物质不易聚集,与涂料体系相容性良好,所以不容易产生缩孔等涂膜 表面缺陷。 消泡剂的性能评估是选择应用消泡剂的基础工作, 要全面评价消 泡剂的性能,需要对以下几方面进行综合评估: 初始消泡性:消泡剂初始的脱气消泡能力。 长久消泡性:消泡剂在涂料经过一段时间的储运后的消泡能力。 施工性:消泡剂在涂料施工过程中和成膜过程中的破跑能力。 进行消泡剂评估试验时应注意, 消泡剂加入后至少 24h 才能取得 消泡性能与缩孔、缩边的平衡, 。 在乳胶涂料配方中,根据不同的配方体系、不同涂料类型选择不 同的消泡剂类型和用量。比如厚浆涂料如拉毛涂料由于其粘度较高、 触变指数高,消泡比较困难,在选择消泡时要仔细评估和筛选,同时 用量也要比普通涂料要高;有光涂料用消泡剂要求消泡能力强,在涂 料体系中相容性好,无光泽障碍。同时,可以根据不同的生产工艺和 应用阶段选择消泡剂,在生产的研磨阶段选用抑泡效果好的消泡剂, 而调漆阶段、施工阶段选用破泡效果好的消泡剂,保证在不同的生产 应用阶段涂料都能保证良好状态。 值得一提的是,在使用消泡剂时,消泡剂用量要以最低的有效量 为标准, 如果用量过大,容易导致缩孔、鱼眼、橘皮,光泽下降等 涂膜弊端。

3.增稠流变助剂的选择与应用
在乳胶涂料中,增稠流变助剂对产品性能影响面较广,它影响到 产品的制造、 储运、 施工以及涂膜性能。 由于乳胶涂料从制造、 储运、 施工以及成膜过程中对涂料自身的流变性能要求不同, 所以在设计涂 料配方时,要调整体系的流变性以适应不同阶段的要求。涂料研发人
    员利用增稠流变剂来调整涂料的粘度、流动状态等流变性能。
 
3.1 增稠流变助剂的种类 目前,在乳胶涂料中常用的增稠流变助剂有几大类:纤维素醚及 其衍生物类增稠剂、碱溶胀增稠剂和聚氨酯增稠剂(HEUR) 。 纤维素醚及其衍生物类增稠剂主要有羟乙基纤维素 (HEC) 、甲基 羟乙基纤维素(MHEC) 、乙基羟乙基纤维素(EHEC) 、甲基羟丙基纤维 素(MHPC) 、甲基纤维素(MC)等,这些都是非离子增稠剂,同时属 于非缔合型水相增稠剂。 碱溶胀增稠剂分为两类:非缔合型碱溶胀增稠剂(ASE)和缔合 型碱溶胀增稠剂(HASE) ,它们都是阴离子增稠剂,此类增稠剂对 pH 值较为敏感。 聚氨酯增稠剂简称 HEUR,是一种疏水基团改性的乙氧基聚氨酯 水溶性聚合物,属于非离子型缔合增稠剂。HEUR 是由疏水基团、亲 水链和聚氨酯基团三部分组成。疏水基团起缔合作用,是增稠的决定 因素。聚氨酯增稠剂具有表面活性剂特性,水性助溶剂和表面活性剂 对增稠效果影响大。 目前, 市场上出现与 HEUR 类似的疏水改性氨基增稠剂 HEAT 和疏 水改性聚醚增稠剂 HMPE,其作用机理基本上与 HEUR 类似,但多用于 溶剂型涂料中。
 
3.2 增稠流变助剂与涂料的流变特性 乳胶涂料的流变特性与颜填料、 乳胶等主要原料有着不可分割的 关系,但仅靠颜填料和乳液是无法全面调整涂料的流变特性的,合理 利用不同的增稠流变助剂可以综合调整涂料体系的流变性能。 纤维素类增稠剂产生增稠作用的原因主要是因为带有羟基的大 分子链既能与水发生水合作用又能产生分子链间缠绕, 从而增加了水 相黏度。纤维素类增稠剂会导致涂料在高剪切速率下粘度低,影响涂 膜的丰满度,低速率下黏度快速回复影响流平性,但有利于防止涂料 沉降。 非缔合型碱溶胀增稠剂(ASE)需调节 pH 值至碱性,使羧酸根离 解,羧酸根离子间的同性静电斥力使分子链由螺旋状伸展为棒状, 提 高了水相的黏度,对水相增稠,其流变特性表现为高剪切低粘度和低
    剪切高粘度。为了增加分子链与乳胶粒子和颜料的作用,人们对丙烯 酸类增稠剂进行了憎水改性,制得缔合型碱溶胀增稠剂(HASE), 该 类增稠剂除了能对水相增稠外,还可以吸附在颜料的表面,甚至乳液 粒子表面,形成网络结构,增加体系的粘度。缔合型碱溶胀增稠剂的 流变特性表现为多样性,这和其自身的改性工艺有关,选择时要根据 需要而定。 聚氨酯增稠剂相对分子质量(数千至数万)比前两类增稠剂的相 对分子质量( 数十万至数百万)低,水合后的有效体积增加较少, 因而对水相增稠不足,但可以与乳液粒子和颜填料粒子发生缔合, 形 成网络结构。在高剪切速率下表现出较高的黏度,能提高涂膜的丰满 度,但随着剪切力的消失,其立体网状结构逐渐恢复,便于涂料的流 平。 乳胶涂料的黏度对涂料的沉降性、施工性、涂膜丰满度、流平性 以及流挂性都有影响。 涂料从储存到应用过程中的不同流变性的控制 依靠不同类型的流变增稠剂搭配而进行控制。 保证乳胶漆的储存与施工,需控制不同剪切速率下的粘度:低剪 粘度多采用纤维素、碱溶增稠剂或无机增稠剂(膨润土)等来控制; 中剪粘度可以使用缔合型增稠剂来控制;高剪粘度即 ICI 粘度由乳 液、颜填料以及纯流平改性剂来控制。

4.成膜助剂的选择与应用 成膜助剂是绝大多数乳胶涂料配方所必需的, 成膜助剂为乳液聚 合物溶剂,可降低成膜物质的最低成膜温度,增加涂料的流动性, 促 进涂膜的完整性、流平性、附着性、耐洗刷性,减慢涂膜干燥时水分 的蒸发速度,消除涂料施工时涂刷接头。 尽管成膜助剂对乳胶涂料的成膜有很大作用, 但成膜助剂属于有 机溶剂,对环境影响较大,所以,从环保的角度考虑,在选择和应用 成膜助剂时要使用环境友好型的有效成膜助剂。 通过以下几种途径可以提高乳胶涂料尤其是内墙涂料的环保性 能。一是选择低气味成膜助剂,降低气味;二是降低挥发性有机物 (VOC) ,使用的成膜助剂向高沸点发展; 三是选用活性成膜助剂。 有报道说,在较高 Tg 值的乳胶漆配方中,添加丙烯酸双环戊烯基氧 乙基酯(DPOA)和少量催干剂如钴盐,就可降低成膜温度,使乳胶漆 在室温成膜。DPOA 不挥发,在催干剂作用下进行氧化自由基聚合, 增加了涂膜的硬度、抗粘性和亮度。因此,DPOA 被称为活性成膜助 剂。
 
5.防冻剂的选择与应用
由于乳胶涂料中使用水做主要溶剂, 所以要注意乳胶涂料的抗冻 性,添加防冻剂可以提高乳胶涂料的抗冻性。在涂料中直接加入防冻 剂如乙二醇,以降低水的冰点。也可以添加离子型表面活性剂或非离 子表面活性剂,对乳液微粒进行改性,以提高抗冻性。
 
6.防腐剂、抗藻剂的选择与应用
乳胶涂料的成膜物质是由各种天然高分子化合物组成, 大部分含 有微生物所必需的营养物、为微生物生长发育提供了良好的营养条 件。微生物在一定的条件下就会繁殖,以至破坏涂料。霉菌侵蚀干燥 后的涂膜,形成黑暗的淤积、导致涂料过早的破坏和失去附着力。 严 重影响涂料的保护性能及装饰性能,这称为涂料的霉变。所以在涂料 的生产、贮存和应用过程中,为了控制微生物繁殖,在开始制造涂料 时就应该加入防腐剂和抗藻剂。 现在市面上防腐剂的品种繁多,主要可以分为几类:异噻唑啉酮 类,释放甲醛类,苯并咪唑类,取代芳烃类,有机溴类,有机胺类, 哌三嗪类等。 抗藻剂的品种也很多, 按活性成分可分: 异噻唑啉酮类, 苯并咪唑类,碘炔丙基类,取代芳烃类,二硫代氨基甲酸盐类等。 防腐剂和抗藻剂的选择和用量应该因涂料生产、 使用的条件不同 而不同。防腐剂主要用于生产制造和储存过程中,防止涂料受微生物 侵蚀而腐败变质,用量不易过多,只要能够满足产品储存期的防腐要 求即可。抗藻剂的作用主要体现在涂料施工成膜以后,其作用就是抑 制各种霉菌在涂膜上生长繁殖,用量要根据涂料的使用环境而定, 一 般用量为 0.1%-0.3%,特殊情况可以加量。 6.其它助剂的选择与应用
 
6.1 表面状态控制剂
乳胶涂料在施工成膜过程中, 由于体系的表面张力变化等因素往 往会导致涂膜出现浮色、发花、橘皮、缩孔、针孔等漆膜缺陷,这些    缺陷的出现和上述几    种助剂有关,可以通过综合调整上述助剂来克 服。除此之外,在涂料配方中还可以通过使用防浮色发花助剂、流平 剂等表面状态控制剂来针对性地解决。
 
6.2PH 调节剂
乳胶涂料的体系的稳定性和体系的 PH 值关系较为密切,PH 调节 剂的使用十分重要,PH 调节剂的选择除了要考虑其长效稳定性外, 还要考虑其环保性,较为常用的如 AMP-95,就具有长效和环保的优 势。 总结 在乳胶涂料生产制造过程中,助剂的选择和应用至关重要。开发 一个科学的、无缺陷 的乳胶涂料配方,除了对基本的配漆理论有所掌握,对涂料的主要原 材料如颜填料、乳液有所了解外,还必须深入了解各种助剂,掌握各 种助剂的选择应用方法,通过不断的试验研究,合理搭配、综合平衡 各种助剂的功效,不断积累经验,才可能设计出性价比高、缺陷少的 受消费者喜欢的乳胶涂料产品。 致谢 本文在编写的过程中,参考了一些有关乳胶涂料技术的文章, 在 此向这些文章的作者或编者表示感谢!

 

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