1 　概述 

    作為防水涂料的原材料之一 ,助劑的用量通常很少 (一般為配方總量的1%左右),但作用卻很大。它的加入不僅可以避免產(chǎn)生許多涂料的缺陷及涂膜弊病 ,同時又可以使防水涂料的生產(chǎn)和施工過程易于控制 ,而且某些助劑的添加,可以賦予防水涂料一些特殊的功能。所以 ,助劑是水基防水涂料的重要組成部分 

    2 　助劑的功能與應(yīng)用

    水性防水涂料中常用的助劑有成膜助劑、增稠劑、分散劑、潤濕劑、消泡劑、增塑劑、防霉殺菌劑等。

    2. 1 　成膜助劑 

    成膜助劑又稱凝聚劑、聚結(jié)劑 ,通常為高沸點溶劑 ,會在涂膜形成后慢慢揮發(fā)掉。在乳膠漆中,成膜助劑因為對乳膠粒子的溶解作用而使粒子表面軟化 ,因而促使聚合物粒子易受壓變形,融合成膜。成膜助劑的加入同時可降低防水涂料的最低成膜溫度。常用的成膜助劑有:乙二醇、丙二醇、己二醇、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、丙二醇乙醚、甲基芐醇、一縮乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯等。通常應(yīng)用于防水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Tg 在-3 ℃ 左右因此 ,在大多數(shù)氣溫高于5 ℃ 條件下 ,這些乳液都可以正常成膜。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 ,對丙烯酸防水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。因此 ,對于某些特殊的防水工程 (例如:現(xiàn)場濕度很大,通風(fēng)條件又不好,而且工期 又緊的工程 ), 在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下 , 可適當(dāng)多添加一些成膜助劑 。

圖 1 　助劑對涂膜干固時間的影響 

成膜助劑除有助于成膜性能外 ,還有降低防水涂料凍結(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。圖 2 為乙二醇、丙二醇對某丙烯酸乳液冰點的影響。
 


圖 2 　防凍劑對乳液冰點的影響

由圖 2 可見,隨著乙二醇、丙二醇摻量的增加,聚合物乳液的冰點也隨之下降。兩種防凍劑對乳液冰點的影響各不相同 ,相比較而言,乙二醇對乳液冰點降低的效果要好于丙二醇。

    防水涂料在貯存或運(yùn)輸過程中有可能處于低溫環(huán)境下 ( 即氣溫低于 5 ℃ 以下 ), 在應(yīng)用過程中有的要求在低溫下進(jìn)行 ( 如冬季施工 ), 因此 , 采用成膜助劑來降低防水涂料凍結(jié)溫度還是有一定實際意義的。

    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 　增稠劑

    水性防水涂料以水作為分散介質(zhì) , 粘度通常都較低 , 在立面墻壁上施工會發(fā)生流掛現(xiàn)象。為了使涂料具有適當(dāng)?shù)恼扯纫愿纳破涫┕ば阅堋⒘髌叫阅芗百A存穩(wěn)定性 , 常需要加入一定量的增稠劑。在制備色漿時 , 增稠劑的加入使研磨漿稠度增加 , 加強(qiáng)了剪切作用 , 有利于顏填料的分散。防水涂料要起到良好的防水效果 , 通常要求干膜厚度達(dá)到 1. 5 ～ 2. 0mm , 因此 , 只有涂料具有一定的粘度和稠度 , 才能保證每次涂刷的厚度達(dá)到 0. 5mm 左右。

    常用的增稠劑有四類 : 纖維素醚、聚丙烯酸酯、締合型增稠劑和無機(jī)增稠劑。

    最常用的纖維素醚類增稠劑為羥乙基纖維素 (HEC) 。根據(jù)粘度的不同 , 有不同的規(guī)格。 HEC 為粉末狀水溶性產(chǎn)品 , 屬非離子型增稠劑 , 它的增稠效果好 , 耐水、耐堿性較好 , 缺點在于較易長霉、腐敗 , 流平性較差。

    聚丙烯酸酯增稠劑為羧基含量較高的丙烯酸酯共聚物乳液 , 其最大的特點是抗霉菌侵襲性好。這類增稠劑在 pH 為 8 ～ 10 的時候 , 成溶脹狀態(tài) , 使水相粘度增高 ; 但 pH 大于 10 時 , 溶于水 , 失去增稠作用。因此 , 對 pH 值有較大的敏感性 , 如羅門哈斯公司生產(chǎn)的 ASE - 60 。目前國內(nèi)乳膠漆最常采用的 pH 值調(diào)節(jié)劑為氨水 , 因此 , 采用該類增稠劑時 , 隨著氨水的揮發(fā) ,pH 值會降低 , 其增稠效果也會降低。

    締合型增稠劑具有其他類型增稠劑不同的增稠機(jī)制 , 大多數(shù)的增稠劑都是通過水合和形成在體系中的弱凝膠結(jié)構(gòu)而帶來粘度的。但締合型增稠劑象表面活性劑一樣 , 分子中既有親水部分也有親油部分 , 親水部分可水合溶脹使水相增稠 , 親油端基可與乳液粒子、顏料粒子相締合形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

    無機(jī)增稠劑以膨潤土為代表。通常水性膨潤土吸水膨脹后形成觸變性的凝膠礦物 , 吸水后體積為原體積的好幾倍。它不但起到增稠作用 , 而且還能防沉、防流掛、防浮色發(fā)花 , 其增稠效果要好于同樣用量的堿溶脹丙烯酸類和聚氨酯類增稠劑。除此之外 , 它還具有廣泛的 pH 適應(yīng)性 , 良好的凍融穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性。由于不含水溶性表面活性劑 , 干膜中的微細(xì)粒子有阻止水分遷移、擴(kuò)散作用 , 能增強(qiáng)涂膜的耐水性等特點。

    有機(jī)類的增稠劑均有水溶性或水溶脹性 , 在成膜后殘留在涂層中 , 對涂料的耐水性帶來了不良影響。因此 , 考慮到防水涂料功能的特殊性 , 在保證涂料增稠效果的前提下應(yīng)盡可能少用有機(jī)增稠劑 , 而多采用耐水效果較好的膨潤土系列無機(jī)增稠劑。

    2. 3 潤濕劑和分散劑

    使用于防水涂料中的顏料 , 無論是著色顏料還是體質(zhì)顏料 , 都是由數(shù)百個到數(shù)千個一次粒子凝聚起來的二次粒子組成的。潤濕分散劑的作用就是使顏填料中的二次粒子離解成一次粒子。因此 , 防水涂料中顏填料的分散穩(wěn)定包括潤濕、分散和穩(wěn)定三個過程。

    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 , 它可降低液體和固體表面之間的界面張力 , 使固體表面易于為液體所濕潤 , 使膠乳與顏料表面得以充分接觸。分散劑是實現(xiàn)被潤濕的顏料粒子的充分、穩(wěn)定的分散 , 提高固體粒子在液體中的懸浮性能。

    常用的分散劑分為無機(jī)分散劑和有機(jī)分散劑兩大類。無機(jī)分散劑包括磷酸鹽、硅酸鹽等 , 使用最多的是六偏磷酸鈉 ; 有機(jī)分散劑包括聚丙烯酸鹽類、聚異丁烯順丁烯二酸鹽類等 , 如美國大祥公司生產(chǎn)的 SN - 5040 。通常有機(jī)、無機(jī)兩類分散劑復(fù)合的效果較佳。例如 , 以顏 / 填料量為基礎(chǔ) , 使用 0. 1 % 的無機(jī)分散劑和 0. 3 % 的有機(jī)分散劑 (30 % 溶液 ), 綜合效果一般較佳。

    2. 4 　消泡劑

    防水涂料中包含了許多表面活性劑 , 如膠乳中的乳化劑、涂料中的增稠劑、潤濕劑、分散劑等 , 它們都有起泡傾向。而在防水涂料的涂布過程中 , 起泡將干擾施工的正常進(jìn)行以及涂膜的質(zhì)量 , 涂膜滲水都是從最薄弱的地方開始的。顯然涂膜中氣泡的增加 , 將會降低涂料的防水性能。因此 , 防水涂料中必須添加消泡劑。消泡劑可以潤濕滲透到有表面活性物質(zhì)所形成的薄層中 , 通過其不相容性與該系統(tǒng)反應(yīng) , 降低其表面張力 , 破壞薄層的穩(wěn)定性 , 從而達(dá)到消泡的目的。

    目前 , 效果比較理想的消泡劑主要由三大類 : 磷酸酯類消泡劑、礦物油類消泡劑和有機(jī)硅類消泡劑。磷酸酯類的磷酸三丁酯在中低檔涂料中廣泛使用 , 但它的抑泡效果較差 ; 礦物油類消泡劑如 681F 其消泡效果要低于有機(jī)硅類 ; 有機(jī)硅類消泡劑是由聚醚

    和烷基鏈改性的聚硅氧烷組成 , 改性后有機(jī)硅與涂料有一定的不相容性 , 消泡較為有效。這一類消泡劑如 BYK - Chemie 公司生產(chǎn)的 BYK 系列和 Henkel 公司生產(chǎn)的 Sn 系列在防水涂料中的摻量為 0. 5 % 左右時 , 都具有較佳的消泡效果。

    2. 5 　增塑劑

    低溫柔韌性是檢測防水涂料性能的一項重要指標(biāo) , 而該指標(biāo)由防水涂料所采用膠乳的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 ( T g ) 確定。當(dāng)外界溫度高于基料的 T g 時 , 涂料行為類似橡膠 , 受載時產(chǎn)生彈性形變 , 具有較好的柔韌性 ; 當(dāng)外界溫度低于基料的 T g 時 , 涂料行為類似玻璃易于產(chǎn)生脆性破壞 , 其柔韌性顯著下降。目前所供使用的膠乳如 VAE 乳液的 T g ≈ -3 ℃ , 某些丙烯酸乳液的 T g 在 -5 ℃ 左右 , 都不能滿足要求。因此 , 摻入一定量的增塑劑可以起到降低膠乳 T g 的作用。而隨著膠乳 T g 的降低 , 防水涂料的低溫柔韌性也隨之提高。

    增塑劑通常是高沸點難揮發(fā)的液體或低熔點的固體 , 一般不與乳膠的主體成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。它作為小分子助劑 , 主要作用是插進(jìn)成膜的高分子物質(zhì)中 , 削弱乳膠中聚合物的分子間力 , 促進(jìn)了聚合物分子鏈段的活動性 , 降低聚合物分子鏈的結(jié)晶性 , 從而使聚合物分子鏈段變得柔順。

    采用增塑劑來改善防水涂料的低溫柔韌性 , 一般來說 , 效果是明顯的 , 但這并不等于說 , 增塑劑的摻量越多越好。通過實驗發(fā)現(xiàn) , 防水涂料低溫柔性的改善總是伴隨著其拉伸性能的損失。圖 3 、圖 4 、圖 5 分別為丙烯酸防水涂料中摻入某種增塑劑后 , 它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、抗拉強(qiáng)度與延伸率的變化曲線。隨著增塑劑摻量的加大 , 防水涂料的 T g 降低了 , 與此同時 , 防水涂料的抗拉強(qiáng)度與延伸率也降低了。因此 , 一味的追求低溫柔韌性并不可取。



圖 3 　增塑劑對防水涂料 T g 的影響

 

圖 4 　增塑劑對防水涂料抗拉強(qiáng)度的影響



圖 5 　增塑劑對防水涂料延伸率的影響

    2. 6 　防霉、殺菌劑

    防水涂料是以高分子化合物為基料的水性材料 , 由于富含微生物生長的營養(yǎng)成分 , 因而只要環(huán)境溫度等適合微生物生存的環(huán)境條件存在 , 微生物就會大量繁殖 , 使涂料原有的性質(zhì)遭到破壞 , 使得涂料的質(zhì)量下降 , 甚至腐敗變質(zhì)而報廢。因此 , 防水涂料中必須加入防霉殺菌劑。防霉劑的作用方式如下 :

① 抑制能量的產(chǎn)生 ; ② 干擾病原菌的生物形成 ; ③ 破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

常用的防霉、殺菌劑有取代芳烴類、雜環(huán)化合物、胺類化合物、有機(jī)金屬化合物等幾大類。其中的有機(jī)汞類廣譜防霉劑由于對人體的毒性大 , 已禁止使用。 

    3 　結(jié)語 

    水性防水涂料是一個復(fù)雜的體系 , 助劑作為該體系的組成部分 , 加量不多 , 卻對其性能起到了至關(guān)重要的作用。因此 , 在開發(fā)研制水性防水涂料時 , 采用何種助劑及其摻量的多少應(yīng)該通過大量反復(fù)的實驗來確定。

三升化工資訊     作者：小張     發(fā)布日期：2012年8月6號