涂料助剂的分类、作用及整体匹配性
涂料生产工艺的强化、涂料贮运中的稳定性、涂层的配套性及涂膜缺陷的克服、涂专施工性能的改善和提高,都与涂料助剂的应用分不开。为了更专业化和高效地从事涂料技术的研发,涂料工作者都必须掌握涂料助剂的化学勿理性质,功能特性及应用方法。要涂料生产工艺和涂料性能达到某种特定要求而少量添加的一些辅助的特殊材料,称为余料助剂.涂料助剂在涂料中可发挥出30种以上的功能。 任何一个的涂料配方中都会包含几种助剂,至少也要有两种,多者达到5种以上。 一般常规的溶剂型涂料助剂的应用总量是涂料质量的1%~3%,特殊涂料有的甚至达到10%。 水性乳胶漆助剂的通常用量是涂料总量的5%~8%。在国外漆中,助剂的价格成本可占到30%左右.
一,涂料助剂的作用及分类
涂料助剂作用广泛,品种繁多,其分类方法很多,通常是按其用途及作用位置和方式来分类.
1.按用途分类
这种分类法是按涂料助剂在涂料生产、涂装等不同阶段的应用情况进行归纳分类。(1)在涂料制造时发挥作用的助剂 在这个阶段主要应用的助剂有润湿分散剂、消泡剂、脱泡剂、乳化剂、引发剂、催化剂、链终止剂等。其中乳化剂、引发剂、催化剂等是用于树脂合成及乳液制备过程,应属于涂料半成品的生产。颜料的润湿分散是涂料生产的技术关键,对涂料的性能有极大的影响。为了提高颜料与基料的亲和性及其在分散体中的稳定性,有时单独依靠树脂是不够的,必须使用润湿分散剂。 它可以降低颜料与树脂之间的界面张力,提高润逊效率,减少研磨时间,降低能耗,还可以提高涂料贮存稳定性,防止涂膜浮色发花,增强颜科的着色力、展色力、遮盖力,降低成本。还可以赋予涂膜良好的耐候性及光泽。消泡剂是水性涂料生产时必不可少的一种助剂,水性涂料特别容易起泡,若不及时消除,生产及包装就无法进行。
(2)在贮运中发挥作用的助剂 在这个阶段产生作用的助剂有增稠剂、防沉剂、防结皮剂、杀菌防腐剂,防锈剂等。涂料在生产阶段属于高剪切速率的运动状态,在贮存中儿平汉有剪切力,颜料谷易产生累凝,返粗,沉淀、结皮、增稠等不良现象。增稠剂、防沉剂、分城剂可防止颜料产生沈淀,使涂料分散体处于稳定状态。 防结皮剂可以防止氧化干燥聚合的油性涂料产生结皮,减少浪费.分散剂还可以防止因颜料絮凝而产生增稠现象,影响涂料的颜色及光泽。
(3)在涂料和涂膜干燥时发挥作用的助剂 在这个阶段发挥作用的助剂有流动和流平促进剂,表面状态控制剂、防浮色发花剂、防流挂剂、消泡剂、基材润湿剂、防闪锈剂,催干剂,固化促进剂等。涂料在这个阶段理化性质会产生较大的变化。 成膜前涂料是液态,成膜后变成固态。 涂装
后的表面积与涂装前罐中波态时的表面积相比,增加是巨大的,所以在涂装过程中涂料的流动性质是非常重要的。 除此之外还有许多新问题,被涂物表面与涂料之间的界面张力会影响涂料的流平性,涂膜的附着力。涂膜干燥过程中,溶剂挥发,体积收缩率可达30%~70%,造成表面张力失衡,会产生强大的涡流作用,造成橘皮、缩孔,、浮色发花等不良现象。针对这些问题要选择不同的助剂帮助解决。用流平剂可解决涂料的流动和流平的问题;用基材润湿剂可解决基材与涂膜之间的界面张力; 用表面状态控制剂可解决表面失衡、涡流问题。为了提高涂膜的干燥速率,缩短干燥时间,氧化聚合干燥的涂料必须使用催干剂。交联固化型涂料,多用固化促进剂。 对甲苯磺酸或其盐可降低氨基烘漆的固化温度,缩短干燥时间。又如聚氨酯涂料,特别是无溶剂的不饱和聚酯涂料、环氧涂料,除交联固化剂外,还经常使用固化促进剂提高干燥速率。 乳胶漆要使用成膜助剂,光敏涂料要使用光引发剂。帮助涂料固化成膜的助剂虽然称呼不同,但是作用目的却是相同的,全是为了加快涂膜的固化速率,缩短干燥时间。在涂料进行立面涂装时,经常会发生不同程度的流挂现象,严重地影响了涂膜的装饰性。为了克服这种不良现象,人们常用的添加剂是触变剂,即在高剪切速率下,涂料的结构黏性被破坏,黏度下降,涂料具有流动和流平性,在低剪切速率下结构黏性恢复,起到防沉,防流挂的作用。触变剂是乳胶漆必用的添加剂,主要是控制高中低剪切速率下的黏度,来达到防沉、防分水及涂膜流平的目的。 现在甚至有人将缔合型的中剪切速率下的 PU增稠剂称为“流平剂”。涂料的涂装方法很多,有刷涂、喷涂、浸涂、辊涂、静电喷涂、电泳涂装等 。无论采用郧柙方法,涂膜难免产生缺陷,出现问题时一定要根据涂料的类型,并结合涂装方法来选择合道的助剂,在助剂应用时还要注意它们之间的整体匹配性.(4)在涂膜中发挥作用的助剂 在这个阶段体现出作用的助剂有紫外线吸收剂、光稳定ハ,划痕防止剂,防粘连剂 防霉剂、导电剂、防污剂、阻燃剂等。这些助剂都在涂膜形成后在涂膜中发挥作用。当涂膜在氧存在的条件下,树脂基料受紫外线的照射会发生光化学降解反应,涂膜遭受双小。为了保护涂膜,人们采用紫外线吸收剂吸收紫外线,再将热能释放出来, 抑制或减缓化学反应的发生,保护了涂膜,延长了涂膜的使用寿命。 防霉剂是一种能杀死霉菌和藻类料州切剂,可以防止霍南和藻类在涂膜表面上的生长,提高了涂膜的使用寿命和装饰性。 防污州配是一种助剂,含有防污剂的防污涂料涂在船舶水线和水线以下的船底部位,防止海生物消珝阿看。涂料中添加阳絷剂可以防止或减缓火焰的蔓延,保护建筑物和人身的安全。 导电涂村龙一种功能型涂料.由干涂料中添加了导电剂,涂料具有导电性、抗静电性、屏蔽电磁波情皮功能。抗划伤 杭粘连剂, 实际上是降低了涂膜的表面粗糙度,在涂层表面起到了润滑剂平涂料原材料的作用,减少了摩擦阻力,产生滑爽感,起到抗划伤、抗粘连的作用。 有机硅类和氟类的流平剂及蜡类助剂都具有这些作用。有些助剂能够赋予涂料某些新的功能,涂料也常以其赋予的功能命名。例如,使用了阻燃剂的涂料常称为阻燃涂料,还有防污涂料、导电涂料、防霉涂料等都因助剂而得名。有些助剂只能在某一方面发挥一种作用。 例如阻燃剂、导电剂、防锈剂等。 有些助剂在上述所有阶段都能发挥作用,有的助剂只能在一个或两个以上阶段发挥作用。有的只有一种作用,有的具有多种作用。 例如,消泡剂可以在生产、贮运、施工中只发挥消泡作用。 而流平剂和润湿分散剂能在每个阶段发挥出多种作用。 对这些具有多功能的助剂在应用时要进行全面分析、 实验、权衡利弊再作取舍。 尤其是有负面作用的助剂,不应因其在某些方面有缺欠而全面否定,要扬长避短,对各种助剂之间的作用功能要进行整体平衡。
2.尽量发挥正面作用,减少互相“拆台”的负面影响
所用助剂并不是只有发挥功能作用的正面影响,也时也有相互“拆台”的负面影响,在应用之中一定要注意助剂之间的协同性,减少和消除相互抵消的“拆台”作用。聚醚改性的聚二甲基硅氧烷,有控制涂膜表面状态,降低界面张力,提高基材的润湿性,增强附着力和展布性的能力。 但它还有稳泡,不利于涂料流动,影响层间附着力,过温烘烤容易分解变成长链硅氧烷等造成表面缺陷等负面影响。分散剂,特别是传统型的,对颜料润湿分散有帮助,但却有起泡的负面作用。特别是在水性涂料中。 还要注意分散剂所含成分与树脂的相互作用关系,比如含氨基的高分子分散剂对环氧涂料的贮存稳定性会产生影响。水性涂料用的缔合型增稠剂,特别是PU类的增稠剂对分散剂 ,消泡剂,共存溶剂都有敏感性。 其疏水基会与分散剂的疏水基、树脂的亲油基缔合,导致颜料分散性变差、增稠效果不佳,严重者会使涂料变稀。助剂造成的负面影响是很多的,涂料工作者应平衡助剂对涂料的利害关系,使负面作用减到程度。 有机硅类流平剂容易稳泡,可以改用丙烯酸类流平剂,既不稳泡还有助消泡作用。另外,即使同属硅类流平剂,其稳泡程度也不一致,可选择不稳泡和稳泡程度低的流平剂,还可选择硅类和丙烯酸类流平剂搭配使用。 传统型分散剂易起泡,可选择高分子型分散剂。PU类增稠剂敏感,可以选用HASE(疏水改性的碱溶胀乳液)和HMPE(疏水改性聚醚)等。如不能更换,可采用折中方法。 根据要求增减助剂添加量,削弱一方,增强另一方。比如乳化剂、分散剂易起泡,可以增加消泡剂的用量或更换消泡能力更强的消泡剂。 在这种情况下,选择消泡剂时,一定要在添加了分散剂、流平剂、基材润湿剂等之后,再通过实验来确定消泡剂的种类和用量。
3.协调涂料性能要求之间矛盾的平衡性
涂料中有些性能要求是相互矛盾的。 涂料的流平性与防流挂是相互矛盾的。 低黏度的牛顿流体对流平是非常有利的。 但这种涂料在立面涂装时是极易产生流挂的。 为了防止流挂,要添加触变剂,使涂料变成触变流体。 黏度变大有助于防流挂,但对流动和流平会产生影响。 黏度太低又达不到防流挂的目的。 为此一定要合理选择触变剂的种类和添加量,调整屈服值,控制结构黏度的恢复时间。 也就是说黏度恢复到能够阻止流挂产生的程度时,恰好世是涂料完成了流平的时间。触变剂是协调涂料流平与流挂关系的平衡助剂,可使矛盾双方达到统一,既可流平又不流挂.氧化聚合干燥型涂料的干燥和防结皮,是干燥过程中的矛盾双方。加催干剂的目的是为了加速干燥成膜。 但这类涂料在贮存中由于表面与空气接触,在短时间内就可以氧化聚合,形成干燥结皮,皮层会越结越厚,涂装施工时必须清除掉,一桶漆多次使用多次清除,造成极大浪费,因此人们提出了防结皮的要求。不加催干剂,涂膜不干,行不通。 初采用高沸点溶剂盖面,后来又采用酚类化合初,这种化合物虽可达到防结皮的目的,但影响干率。人们开发了肟类化合物,特别是甲么酮肟,在贮存中可以阻止氧化聚合反应达到不结皮的目的。但在成膜时它会很快离开涂膜拜发掉,所以对涂膜干燥构不成影响。防结皮与干燥是将涂料的一个主要性能分解成矛盾的两方面,快干和不允许干。 不需安干的时候就别干,需要干的时候再干。用两种助剂来分解这个主体性能,催干剂和防结皮剂,达到整体性能要求的匹配性。另外,基材润湿与涂膜的流平也是矛盾的,这在溶剂型涂料中表现得不明显 但在水性涂料,高固体分涂料和无溶剂型涂料中就显得特别重要 。这此涂料中几乎都没有溶剂,表面张力都比较高,都仔在对基材润湿性差的问题。 添加基材润湿剂可以提高涂料对基材的润湿性,但却会给流平带来负血影响。所以在选择基材润湿剂时要注意挑选对涂层表面影响不大的,能够多数趋向于波/固界面定向排布的基材润湿剂,如Tego Wet KL 245。能够降低涂料的界面张力,具有很好的展布性,还能增加附着力。对于这类矛盾的平衡,选择适宜的基材润湿剂配合不降低表面张力的丙烯酸类流平剂来促进表面的流动性。 增强基材润湿性,平衡表面的流动性不伤害任何一方的性能来达到整体的匹配性。前面讲过,涂料是多种材料的组合体,将许多材料组合到一起产生一此矛盾是很正常的. 涂料工作者只有做好各种材料之间的匹配,做好各种性能之间的匹配,协调各种矛盾,才能做出好的涂料。
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