涂料助劑的功能與應(yīng)用
作為涂料助劑的原材料之一,助劑的用量通常很少(一般為配方總量的1%左右),但是,它的加入可以避免產(chǎn)生許多原漆的缺陷及漆膜弊病,同時(shí)又可以使涂料的生產(chǎn)和施工過(guò)程易于控制。在溶劑型涂料中易出現(xiàn)的缺陷和弊病,在水性涂料中也同樣會(huì)發(fā)生,然而,由于水性涂料中所用樹(shù)脂和水的特殊性,這就使得用于水性工業(yè)涂料的涂料助劑有別于一般的添加劑。
消泡劑
由于水的表面張力大,水性涂料比一般的溶劑型涂料更容易產(chǎn)生氣泡。氣泡通常是由液-氣交界處的活性分子形成的。這些表面活性分子通常以分散的氣泡形態(tài)形成一穩(wěn)定的、不易被破壞的薄層。在施工過(guò)程中(輥涂、刷涂或噴涂)會(huì)帶入氣泡,對(duì)于較粗糙的基材表面也容易產(chǎn)生氣泡,這些因素都必須在選擇消泡劑時(shí)考慮周全。消泡劑可以潤(rùn)濕滲透到由表面活性物質(zhì)所形成的薄層中,通過(guò)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。為此,消泡劑必須與涂料液相有一定的不相容性。這是因?yàn)?如果一種消泡劑與涂料完全相容,那么,它就不能很好地滲透到薄層中去,消泡效果不會(huì)理想。反之,如果兩者相容性太差,雖然可以達(dá)到消泡的目的,卻可能引起其他表面缺陷(如縮孔)。因此,是否與某一體系有一合適的相容/ 不相容平衡關(guān)系, 就成為選擇消泡劑的一個(gè)關(guān)鍵。
對(duì)于水性工業(yè)涂料來(lái)說(shuō),目前,效果比較理想的消泡劑主要有兩大類(lèi):礦物油類(lèi)消泡劑和有機(jī)硅類(lèi)消泡劑。礦物油類(lèi)消泡劑在裝飾類(lèi)乳膠漆中已使用多年。這類(lèi)消泡劑的主要成分是作為載體的礦物油,這些載體帶有疏水性粒子,也就是帶有憎水表面的固體顆粒。它們作為表面活性劑的消除劑,首先把表面活性劑吸附到其表面,而后將表面活性劑從氣-液交界薄層中移走,進(jìn)而使泡沫消除?？捎米髟魉Ｗ拥幕瘜W(xué)物質(zhì)有很多種,聚脲樹(shù)脂較為特別,它可以直接在礦物油中被合成,形成具有良好的分散穩(wěn)定性的粒子。與其他礦物油類(lèi)消泡劑相比,其析出的傾向很小,自身的貯存穩(wěn)定性很好。另外, 由于粒徑小,其總的憎水表面相對(duì)較大,將它們加入到涂料組分中之后,它們將在成品漆中長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮作用。
在光澤要求很高的涂料中,礦物油類(lèi)消泡劑可能會(huì)引起一些弊病,如失光、發(fā)花以及礦物油析出等。此時(shí),有機(jī)硅類(lèi)消泡劑更為適用。有機(jī)硅類(lèi)消泡劑是由聚醚和烷基鏈改性的聚硅氧烷組成的,改性后有機(jī)硅與涂料有一定的不相容性, 消泡較為有效。與礦物油類(lèi)消泡劑的情況類(lèi)似,如果不相容性的程度超過(guò)了一定的限度,同樣也會(huì)引起縮孔等弊病;反之,若親水性過(guò)強(qiáng),則不會(huì)起消泡作用,甚至可能還會(huì)使泡沫增加?？傊?聚硅氧烷是通過(guò)降低涂料的表面張力來(lái)消泡的。有些有機(jī)硅類(lèi)消泡劑也含有憎水粒子, 有時(shí)也將少量的有機(jī)硅類(lèi)消泡劑加入到礦物油中,以增強(qiáng)其效力。
Efka-26/Efka-27為有機(jī)聚合物及有機(jī)金屬化合物的乳化液,適用于各種水性涂料,在調(diào)漆(如攪拌、泵輸送、研磨)過(guò)程中,能抑制泡沫的產(chǎn)生,發(fā)揮很好的消泡作用。可直接加入成品中,添加量為0.1%~1.0%,混合均勻。還可以防止發(fā)生縮孔現(xiàn)象。BYK-024為疏水固體、乳化劑和破泡聚硅氧烷的乳液。適用于顏料體積濃度(PVC)在0~ 25%的聚氨酯和丙烯酸聚氨酯的乳液體系, 輥涂、刷涂和噴涂施工均可。添加量為0.1%~1.0%。BYK-025為破泡聚硅氧烷的乳液,特別適用于無(wú)顏料的聚氨酯和丙烯酸/ 聚氨酯乳液體系。添加量為0.1%~1.5% 。
BYK-024/025在水性工業(yè)涂料的生產(chǎn)和施工過(guò)程中能夠有效地消泡,且不會(huì)降低漆膜的光澤,可以在生產(chǎn)的任何階段加入,具有優(yōu)良的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
有機(jī)硅類(lèi)助劑
疏水的聚硅氧烷-聚醚共聚物的特點(diǎn)是與泡沫介質(zhì)(水/表面活性劑溶液)高度不相容的同時(shí),又與涂料介質(zhì)相容。這就確保它的高效消泡能力,同時(shí)具有不產(chǎn)生縮孔的傾向。
許多漆膜弊病,如縮孔、底材潤(rùn)濕不好以及桔皮等都是由表面張力的差異造成的。有機(jī)硅類(lèi)助劑可以降低涂料的表面張力,并使其在較低的情況下保持恒定,且不產(chǎn)生表面張力的差別,因此,可以解決許多由于表面張力而引起的弊病。除了可以降低表面張力,此類(lèi)助劑還可以增加表面潤(rùn)滑性,使抗劃痕性得到提高。此類(lèi)有機(jī)硅類(lèi)助劑是聚醚改性的聚硅氧烷,其極性可以通過(guò)調(diào)整聚醚鏈的長(zhǎng)短而變化。適于水性體系的有機(jī)硅類(lèi)助劑, 通過(guò)有機(jī)改性聚硅氧烷可以制得一系列產(chǎn)物。然而, 在有些水性工業(yè)涂料中,這類(lèi)助劑使表面張力的降低作用還不夠理想,例如,塑料底材的表面潤(rùn)濕問(wèn)題就顯得尤為突出。另一類(lèi)特別的有機(jī)硅類(lèi)添加劑)有機(jī)硅表面活性劑則可以解決此類(lèi)問(wèn)題。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看,這類(lèi)表面活性劑也是聚醚改性的硅氧烷,但其分子量相對(duì)較小,故其結(jié)構(gòu)與表面活性劑類(lèi)似。由于這種結(jié)構(gòu)的特殊性, 這類(lèi)有機(jī)硅類(lèi)表面活性劑在水性體系中的表面張力很小,然而其效用卻與我們所熟知的氟表面活性劑相近。與氟表面活性劑相比,有機(jī)硅類(lèi)表面活性劑又具有顯著的優(yōu)勢(shì):它對(duì)泡沫的穩(wěn)定作用可以忽略,而氟表面活性劑對(duì)此卻無(wú)能為力。
Efka LP-7022為改性有機(jī)硅氧烷乳液,可用于各類(lèi)水性工業(yè)涂料中改善表面流動(dòng)性,可溶于水,促進(jìn)表面流平及提高表面光滑性,特別具有防縮孔,底材濕潤(rùn)及消泡功能。添加量以0.1%~0.4%為宜。
丙烯酸類(lèi)助劑
在溶劑型涂料中,丙烯酸類(lèi)助劑已使用了很長(zhǎng)時(shí)間。它們通常是用作流平劑,避免漆膜脫落和流掛現(xiàn)象的產(chǎn)生。其對(duì)涂料的表面張力影響很小,甚至可以忽略。同樣,關(guān)鍵是控制其與涂料體系的相容性。也就是說(shuō),當(dāng)其遷移至涂料表面時(shí),不應(yīng)引起縮孔等缺陷。通過(guò)對(duì)其極性進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,可以獲得適于水性工業(yè)涂料的丙烯酸類(lèi)流平劑, 這也是對(duì)有機(jī)硅類(lèi)助劑的補(bǔ)充。
Efka LP-7070為氟碳改性聚丙烯酸酯經(jīng)胺中和的水溶液,適用于pH\716的水性工業(yè)涂料中。具有出色的防縮孔性、流平性, 底材潤(rùn)濕性良好, 且不影響附著力?？芍苯蛹尤胱罱K成品中,添加量為0.5%~ 1.5%。
Efka Polymer 450/ 451是改性聚丙烯酸酯,可用于各類(lèi)水性工業(yè)涂料,在添加顏料前,投放于研磨漿料內(nèi),可以改善水性工業(yè)涂料的光澤,減小浮色和提高著色力。
BYKetol-WS為表面活性低分子聚合物的組合,是兼有消泡作用的流平助劑,可用于防止水性工業(yè)涂料涂膜的縮孔、針孔之類(lèi)的表面弊病,也可用于防止烘烤體系的氣泡和爆泡跡。應(yīng)在研磨階段加入,添加量為0.3%~3.0%。
蠟類(lèi)添加劑
蠟類(lèi)添加劑一般以水乳液形式存在,最初是用于改善漆膜的表面防護(hù)性能,主要包括提高漆膜的平滑性、抗劃傷性以及改善防水性能。此外,它還可以影響涂料的流變性能, 它的加入可以使金屬閃光漆中像鋁粉這類(lèi)的固體顆粒的取向變得均勻。在無(wú)光漆中,它可以作為消光劑,根據(jù)其粒徑和粒徑分布,蠟類(lèi)添加劑的消光效力也各不相同。因此,蠟類(lèi)添加劑既有適于有光漆的,也有適用于無(wú)光漆的。
Efka-906為微晶化改性聚乙烯蠟,可用于改善水性工業(yè)涂料的表面性質(zhì),如平滑性、抗粘連性、抗劃傷性及消光作用,而且可以有效抑制顏料沉淀。添加量為0.25%~2.0%。
潤(rùn)濕分散劑
潤(rùn)濕分散劑通過(guò)降低顏料粒子與樹(shù)脂液之間的界面張力, 使顏料粒子能夠快速、完全被潤(rùn)濕, 并使顏料分散體系穩(wěn)定。另外, 它們對(duì)涂料的流變性能有明顯的影響, 是十分有效的表面助劑。
為了使漆膜光澤高, 顏色均勻穩(wěn)定, 不產(chǎn)生浮色、發(fā)花現(xiàn)象, 經(jīng)研磨后的顏料, 必須以一種穩(wěn)定的分散狀態(tài)存在, 因此要加入潤(rùn)濕分散劑。通常熟知的穩(wěn)定機(jī)理有兩類(lèi): 電荷排斥作用和位阻效應(yīng)。在水性工業(yè)涂料體系中, 溶劑分子較少, 電荷排斥作用在穩(wěn)定機(jī)理中占主導(dǎo)地位; 此時(shí)沒(méi)有助劑與樹(shù)脂分子間的相互影響, 因此, 不存在明顯的空間位阻, 所以, 這類(lèi)體系中穩(wěn)定性主要依賴(lài)于電荷間的斥力。聚合物電解質(zhì)( 如聚丙烯酸鹽和聚磷酸鹽類(lèi)) 用作這類(lèi)體系的分散劑已有很長(zhǎng)時(shí)間, 它們賦予顏料粒子表面很強(qiáng)的電荷。在溶劑型涂料中, 位阻效應(yīng)在穩(wěn)定機(jī)理中占有主導(dǎo)地位, 此時(shí)顏料的表面不可能帶有強(qiáng)的電荷, 因此,只有位阻效應(yīng)可能使其穩(wěn)定。這一穩(wěn)定機(jī)理對(duì)水性涂料也十分重要, 同樣適用于水稀釋性涂料以及混合體系。這類(lèi)助劑必須滿足的條件之一就是其聚合物鏈必須與水性樹(shù)脂液有較好的相容性。在溶劑型體系中已被成功應(yīng)用的關(guān)于聚合型潤(rùn)濕分散劑的理論, 也同樣適用于水性工業(yè)涂料。將這類(lèi)高聚物進(jìn)行改性, 使其能與水溶性樹(shù)脂體系相混溶,相應(yīng)地亦可獲得很強(qiáng)的位阻效應(yīng)。通過(guò)加入這些助劑, 可以長(zhǎng)時(shí)間防止無(wú)機(jī)顏料及有機(jī)顏料的絮凝,且能控制顏料的流動(dòng)性, 確保不發(fā)生浮色、發(fā)花現(xiàn)象,從而制得高質(zhì)量的水性工業(yè)涂料。這類(lèi)高聚物結(jié)構(gòu)的特殊性, 決定了此類(lèi)助劑不會(huì)對(duì)漆膜的耐候性和耐水性造成負(fù)面影響。
Efka-71為羧酸類(lèi)烷醇銨鹽,是適用于水性工業(yè)涂料的陰離子型潤(rùn)濕分散劑,可以有效減少浮色和顏料的沉降問(wèn)題。在分散前投入研磨料內(nèi)。添加量為:無(wú)機(jī)顏料的0.5% ~2.0%,有機(jī)顏料的2.5%~5.0% 。
BYK-182為帶親顏料基團(tuán)的高分子量嵌段共聚物的溶液,作為水性工業(yè)涂料的潤(rùn)濕分散助劑,可以有效地防止顏料絮凝,增進(jìn)顏料的潤(rùn)濕,提高涂膜光澤,降低浮色和發(fā)花傾向,降低研磨料的粘度,改進(jìn)體系的貯存穩(wěn)定性。在攪拌下慢慢加到研磨樹(shù)脂、助溶劑的混合物或?qū)羟辛Ψ€(wěn)定的樹(shù)脂乳液中,添加量隨顏料的不同而異。
BYK-346是聚醚改性的二甲基聚硅氧烷溶液,在水性工業(yè)涂料中,可以有效降低表面張力而獲得優(yōu)良的底材潤(rùn)濕效果。在調(diào)漆后加入,添加量為0.1%~1.0%。當(dāng)含有占配方總量3%~7%的助溶劑時(shí),
可獲得最佳潤(rùn)濕效果,且在pH4~10的體系中具有優(yōu)良的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
目前,由于新樹(shù)脂及改性樹(shù)脂的不斷出現(xiàn),水性工業(yè)涂料也在不斷地變化。為了獲得高質(zhì)量、性能優(yōu)良的符合世界發(fā)展方向的涂料,就要求我們?cè)谂浞街惺褂玫脑虾椭鷦?yīng)符合環(huán)保要求。毫無(wú)疑問(wèn),水性工業(yè)涂料助劑有助于擴(kuò)大符合環(huán)保要求的水性工業(yè)涂料的市場(chǎng)份額。另外, 除了上述討論的水性工業(yè)涂料助劑之外,水性涂料用流變控制劑和助溶劑也有著不可忽視的作用。
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