涂料中助剂的作用

1、添加剂在水性涂料中的作用及其对性能的影响关键词：涂料添加剂、涂料施工性能、新型涂料1前言表面活性剂首次引入乳液聚合领域，出现了第一批乳液聚合专利，为水分散型乳液涂料的发展奠定了基础。水性涂料使用水作为分散介质和稀释剂。最突出的优点是分散介质水无毒无害，在制造、储存和运输中无爆炸危险，不污染环境。它解决了室温下溶剂型涂料中挥发性有机化合物含量高的问题，还具有价格低廉、不易粉化、干燥速度快、施工方便等优点。2种添加剂在水性涂料中的作用涂料添加剂被认为是涂料产品的重要组成部分，可以改善生产工艺、产品性能、涂料施工性能，减少环境污染，开发新的具有特殊功能的涂料，并引入各种功能的水性涂料。虽然涂料中使用

2、的大多数添加剂的相对比例不高，但它们往往在提高涂料和涂料的性能方面起着关键作用，因此越来越受到业界人士的重视。在一些产品中，它是不可分离的，并且由于它们的不同功能，有许多种油漆添加剂。据不完全统计，估计有几千种之多，主要是成膜助剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、增塑剂、增稠剂、防冻剂、流平剂、防霉剂和防腐剂、酸碱度调节剂等。2.1成膜添加剂成膜助剂，也称为凝结剂和聚结剂，通常是高沸点溶剂。成膜助剂作为“临时”增塑剂降低聚合物的玻璃化转变温度。一旦颗粒变形和成膜过程完成，成膜助剂将从涂膜上挥发，从而将聚合物的玻璃化转变温度值恢复到初始值。通常，大多数成膜助剂在室温下比水挥发晚1-2小时，因此成膜助剂应

3、由挥发性较低的溶剂组成。作为成膜助剂，最大的先决条件是在干燥过程中，水挥发，而成膜助剂留在涂层中，最后从涂层中挥发出来。涂料中常用的胶乳具有低玻璃化转变温度。例如，VAE乳液的温度约为1-3。因此，这些乳液在空气温度高于5的大多数条件下都能正常成膜，成膜添加剂的加入对加速涂膜的干燥和固化有一定的作用。图1显示了乙二醇作为成膜助剂对丙烯酸涂料干固时间的影响。随着乙二醇含量的增加，涂层的干固时间缩短。成膜添加剂不仅有助于成膜性能，还具有降低涂层冻结温度的作用。例如，乙二醇和丙二醇可以用作涂料的防冻剂。此外，成膜添加剂对涂料的湿膜性能有一定的影响，如流平性、抗流挂性和显色性。2.2润湿分散剂润湿分散

4、剂主要是为了减少完成分散过程和稳定颜料分散所需的时间和/或能量。颜填料在水性涂料中的分散和稳定包括三个过程：润湿、分散和稳定。润湿剂是一种表面活性剂，其结构中含有亲水基团和亲油基团。用于水基涂料体系的颜料(金属或有机颜料)分散剂可分为聚电解质聚合物化合物、阴离子羧酸和非离子化合物。这种颜料分散剂主要通过以下两种功能保持颜料颗粒的分散性和稳定性。(1)控制颜料颗粒表面吸附的电荷，这些电荷由于相同的电荷而相互排斥，带电的颜料颗粒在库仑排斥作用下保持水性涂料乳液的分散稳定性。(2)在颜料颗粒的表面上形成稳定的吸附层，该吸附层防止颜料颗粒彼此接近，并起到空间效应的作用，以改善颜料的分散，从而改善涂膜的

5、外观和装饰，并增加商业价值聚合物分散剂有无规共聚物、接枝共聚物和嵌段共聚物，其中无规共聚物应用广泛。亲水基团可以由羧基、磺酸基、羟基、氨基等组成。疏水基团主要是不饱和烃，如苯乙烯、乙烯、丁二烯、二异丁烯、(甲基)丙烯酸酯、乙酸乙烯酯、单甲基苯乙烯等。亲水基团也可以由一系列共聚物组成，例如丙烯酸-丙烯酸酯(丙烯酰胺)共聚物、苯乙烯-丙烯酸(酯)共聚物、马来酸(酯)决定润湿分散剂效率的因素之一是它所拥有的“锚定基团”的数量。如果一个分子中只有一个锚定基团，一旦被溶剂分子取代，整个分子将立即与颜料表面完全分离，这将导致颜料絮凝。带有几个官能团的分子不易脱落，表现出优异的性能。对于有机颜料，芳香基团可

6、能非常有效。分散剂上的芳香基团，如苯基和萘基，对分散体的长期稳定性特别有帮助。无机颜料也可以分为不同的化学种类：氧化物、氢氧化物、硫化物、硅酸盐、硫酸盐或碳酸盐。显然，这些极性分子结构非常容易与酸性基团相互作用，如羧酸、磷酸或硫酸官能团。2.3消泡剂在水性涂料的制造和施工过程中会产生泡沫，这将延长生产时间，减少生产设备的有效体积。泡沫还会影响施工过程，造成干燥后的各种表面缺陷。传统的水性涂料消泡剂一般分为三类：矿物油消泡剂、聚硅氧烷消泡剂和其他消泡剂。近年来，已经开发了分子消泡剂。这种消泡剂是通过将消泡活性物质直接接枝到载体物质上而形成的聚合物。聚合物的分子链上具有具有润湿作用的羟基，消泡活性

7、物质分布在分子周围，因此活性物质不易聚集，与涂层体系相容性好。这种分子消泡剂是矿物油，如泡沫铝；含硅，如泡沫星30；和非硅和非油聚合物，如泡沫塑料系列gj。此外，据报道，这种分子消泡剂采用超接枝星形聚合物作为不相容表面活性剂，在水性涂料的应用中取得了良好的效果。Stout等人报道的空气产品的分子消泡剂属于乙炔二醇，是一种兼具润湿性的泡沫控制剂和消泡剂，如表面活性剂和表面活性剂。此外，为了满足生产零挥发性有机化合物涂料的需要，也有不含挥发性有机化合物的消泡剂，如Agitan315和AgitanE255。2.4增塑剂低温柔韧性是测试涂料性能的重要指标，它由水性涂料用胶乳的玻璃化转变温度(Tg)决定

8、。当外部温度高于基材的玻璃化转变温度时，涂层表现得像橡胶一样，在加载时产生弹性变形，并具有良好的柔韧性；当外部温度低于基材的玻璃化转变温度时，涂层表现得像玻璃一样，容易发生脆性破坏，其柔韧性显著降低。目前，VAE乳液等乳液的玻璃化转变温度约为-3，部分丙烯酸乳液的玻璃化转变温度约为-5，不能满足要求。因此，加入一定量的增塑剂可以降低胶乳的玻璃化转变温度。随着胶乳玻璃化转变温度的降低，涂料的低温柔韧性也随之提高。增塑剂通常是高沸点非挥发性液体或低熔点固体，通常不会与胶乳的主要成分发生化学反应。作为一种小分子助剂，其主要功能是插入到高分子材料中成膜，减弱聚合物在胶乳中的分子间作用力，促进聚合物分子

9、链的流动性，降低聚合物分子链的结晶度，从而使聚合物分子链变得柔顺。一般来说，使用增塑剂来改善涂料在低温下的柔韧性是显而易见的，但这并不意味着增塑剂的加入量越多越好。通过实验发现，防水涂料低温柔韧性的提高总是伴随着拉伸性能的丧失。图2、图3和图4是加入增塑剂后丙烯酸涂料的玻璃化转变温度、拉伸强度和伸长率的曲线。随着增塑剂含量的增加，涂层的玻璃化转变温度降低，同时涂层的拉伸强度和伸长率也降低。因此，在低温下盲目追求灵活性是不可取的。2.5增稠剂增稠剂可以调节乳胶涂料的粘度或流变性，并且易于形成均匀的涂料组分。一些增稠剂还可以提高涂料的触变性，便于施工，减少滴落和流挂。水性涂料以水为分散介质，粘度通

10、常较低，因此通常需要添加一定量的增稠剂。常用的增稠剂有四种：无机增稠剂、纤维素、聚丙烯酸和聚氨酯。根据增稠剂与乳胶粒子中各种粒子的相互作用，也可分为缔合型和非缔合型，无机增稠剂以膨润土为代表。通常，水性膨润土吸水后膨胀形成触变性凝胶矿物，吸水后的体积是原来体积的几倍。它不仅起增稠作用，还能防止下沉、流挂和漂浮，其增稠效果优于同等用量的碱溶胀丙烯酸和聚氨酯增稠剂。此外，它具有广泛的酸碱度适应性，良好的冻融稳定性和生物稳定性。由于不含水溶性表面活性剂，干膜中的微粒可以防止水的迁移和扩散，提高涂膜的耐水性。自20世纪50年代以来，纤维素增稠剂一直是最重要的流变添加剂。主要品种有羟甲基纤维素、羟乙基纤

11、维素和羟丙基纤维素。目前使用最广泛的羟乙基纤维素具有增稠效率高、相容性好、储存稳定性好和抗流挂等优点。与纤维素增稠剂和丙烯酸增稠剂相比，聚氨酯具有良好的遮盖力和流平性。低相对分子量，辊涂过程中不易产生飞溅；它可以与胶乳粒子缔合，不受体积限制的絮凝作用，因此它可以使涂膜光滑并具有高光泽；良好的疏水性、洗涤稳定性、耐擦伤性和生物稳定性。缔合型增稠剂具有不同于其他增稠剂的增稠机理，大多数增稠剂通过水合作用和体系中形成的弱凝胶结构带来粘度。然而，像表面活性剂一样，缔合增稠剂在其分子中既有亲水部分又有亲油部分。亲水部分可以被水合和溶胀以增稠水相，亲脂性端基可以与乳液颗粒和颜料颗粒结合形成网络结构。2.6

12、霉菌和防腐剂水性涂料中的许多物质往往会成为各种微生物的营养来源，涂料在适当的湿度和温度下容易发霉变质。水性涂料用防霉杀菌剂可分为罐内防腐剂(主要是乳胶漆)和自然环境中涂料用防霉杀菌剂。由于近年来病毒事件的不断发生，防霉杀菌剂在涂料中的应用已经成为行业特别是建筑涂料行业的热点。然而，许多防霉杀菌剂对人体和环境都有一定的副作用。欧洲制定了第五个环境保护行动计划，要求涂料工业尽量减少商用防霉杀菌剂的数量和种类。如何减少防霉杀菌剂对环境的污染，提高杀菌效果已成为该领域的发展方向。有几种杀真菌剂和杀真菌剂，如取代芳烃、杂环化合物、胺化合物、有机金属化合物等。常用的品种有2种。(4-噻唑基)。苯并咪唑，2

13、，4，5，6。四氯苯腈、甲氧基-氨基苯并咪唑、氧二苯并吡喃等。一般添加量约为0.07%。防霉杀菌剂主要朝着无氯、低毒、高效、广谱、长效、降低挥发性有机化合物含量的方向发展。对人体有明显危害的有机汞广谱防霉剂和甲醛防霉剂，以及对人体有明显皮肤过敏的防霉剂将被禁用。另外，采用微胶囊包衣技术处理防霉杀菌剂，可以延长防霉杀菌效果，减少环境污染。近年来，纳米光催化杀菌剂新技术的研究吸引了大量的能量，但尚未有报道称其真正用于涂料的大规模工业化生产。3结论社会必须走可持续发展之路，人民生活环境必须进一步优化。纵观世界涂料工业的发展，水性涂料是一个重要的发展方向。涂料添加剂，尤其是水性涂料的地位变得越来越重要。水性涂料不能与添加剂分离。乳胶涂料配方中通常有十多种添加剂。添加剂的质量对涂料产品的质量起着重要的作用。因此，随着水性涂料的发展，添加剂产品发展迅速。许多添加剂在中国都有相应的产品，有些产品的性能和质量接近或达到国