涂料中添加的助劑你真的會用了嗎?

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在乳液涂料制備中,助劑對涂料的質量及其施工性能均有著舉足輕重的作用。有業內人士戲稱,如今建筑涂料質量的競爭,實際上已成了助劑的競爭。就看你掌握了多少助劑的信息,看你是否會用助劑。這話雖然不很全面,但多少說明了助劑在建筑涂料工業中的作用和地位。本節較詳細介紹各種助劑的作用原理和選用原則。

增稠劑

涂料中加入增稠劑能增加乳液涂料的稠度,減慢顏料的沉淀速度,而且沉淀物松散,易攪拌均勻,保證涂料的貯存穩定性。有些增稠劑加入乳膠涂料中,可賦予乳液涂料觸變性,使乳液涂料施工時涂刷省力,又可減少流掛,保證涂層的外觀和質量。

增稠劑的類型和品種繁多,選擇增稠劑往往較復雜。對現代涂料有重要意義的增稠劑主要是纖維素水性衍生物、聚羧酸鹽類和含官能團的共聚物乳液。

應用較廣泛的水溶性纖維素有羥乙基纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維索,此外還有羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥丁基甲基纖維素、羥乙基丙基纖維素等品種。上述品種中除羧甲基纖維素為陰離子型外,其余均屬非離子型。

各種纖維素衍生物都可以制備成不同聚合度的一系列品種,相對分子質量變化于104? 105之間,因此它們的水溶液黏度表現出很大的差異。中高相對分子質量的纖維素衍生物適用于用作乳液涂料的增稠劑。

纖維素類增稠劑與聚合物乳液的相容性一般并不好,因此常引起涂料的失光,如羧甲基纖維素對乳液涂料的消光作用特別明顯,因此不宜用于有光涂料中。另外,纖維素類增稠劑容易被微生物降解和發霉。鑒于上述缺點,纖維素類增稠劑在高端涂料生產中已逐漸淡出。

聚羧酸鹽是又一類重要的增稠劑。主要包括聚丙烯酸鹽和聚甲基丙烯酸鹽。聚丙烯酸鹽和聚甲基丙烯酸鹽在乳液涂料生產中有很大作用。當其相對分子質量較小時(小于103)可 用作分散劑,而相對分子質量大于103時可作為增稠劑。這類增稠劑在堿性條件下對乳液的增稠作用明顯。

聚丙烯酸鹽和聚甲基丙烯酸鹽的最大優點是與丙烯酸酯類乳液相容性好,所增稠的乳液容易成膜,涂膜平整而且不會被消光,適合有光乳液涂料的制備。另外這類增稠劑有不易被微生物降解的優點。

乳液型增稠劑又稱締合型增稠劑。此類增稠劑的主要品種為聚丙烯酸型、聚甲基丙烯酸型和聚氨酯型。與上面提到的聚丙烯酸鹽和聚甲基丙烯酸鹽不同,它們是通過乳液聚合制備的交聯型產物。這類增稠劑在堿性條件下可以被乳液粒子所吸附,并互相聚集使乳液黏度增力口。但這種聚集是不穩定的,一旦對它施加壓力,聚集即被破壞,黏度下降。而若應力消除,顆粒又重新聚集,黏度又上升。因此涂料具有良好的觸變性。締合型增稠劑可以使有光乳液涂料的光澤度達到80%以上,遠比聚丙烯酸鹽增稠劑好。它同樣不會發生微生物降解作用,因而是一種較為理想的增稠劑。

分散劑


顏料和填料往往是初級顆粒的聚集體。在乳膠涂料制造中,顏、 填料必須被充分潤濕和分散,才能恢復到初級粒子的細度,達到最佳的分散狀態。只有充分分散的顏料才具有最佳的遮蓋力和著色力,才能使涂料具有應有的穩定性。

細小的顏、填料顆粒表面具有很大的表面能,顆粒間有很大的內聚吸引力,因而有凝集成更大顆粒的傾向。而乳液涂料以水為分散介質,水分子間的內聚能密度更大,因此更加劇了這種傾向。為了克服顏、填料的聚集現象,在乳液涂料生產中往往需借助分散劑的作用,才能使顏料被潤濕和分散。

分散劑的品種較多,具體可分為有無機類、有機類及高分子類三大類。無機類分散劑主 要品種有聚磷酸鹽,如焦磷酸鹽、磷酸三鈉、六偏磷酸鈉等。有機類分散劑包括陰離子型、陽離子型及非離子型表面活性劑。如烷基芳基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、二烷基磺基琥珀酸鹽等為陰離子型;三甲基硬脂酰胺氯化物等為陽離子型;烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯蓖麻油、山梨糖醇烷基化物等為非離子型。上述兩類分散劑由于對涂料的耐水性、光澤有一定影響,現已逐漸被高分子型分散劑所取代。

高分子型分散劑目前主要有三種類型:低相對分子質量聚丙烯酸鹽和聚甲基丙烯酸鹽、苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物、丙烯酸共聚物堿溶樹脂。其中以低相對分子質量聚丙烯酸鹽和聚甲基丙烯酸鹽使用最普遍。這類分散劑對有機顏料和無機顏料分散性均良好,展色性優異,還有助于涂料光澤的提高。

有時將無機分散劑與高分子分散劑匹配使用,可獲得更為理想的效果。

分散劑的用量對涂料的質量有很大影響。當分散劑用量過多時,涂料的黏度往往會有大幅度下降,會產生失光、附著力下降及耐水性降低等弊病。在顏基比確定的情況下,分散劑的用量有一個最佳點。據試驗結果認為,以顏、填料量為基礎,使用0.1%的無機分散劑和0.3%的高分子分散劑,綜合效果一般較好。

消泡劑


涂料中含有許多表面活性劑,如乳液中的乳化劑、增稠劑、潤濕劑、 分散劑等。它們都有起泡的傾向。在乳液涂料制備和施工過程中,泡沫都將干擾生產和施工的正常進行,有時還會影響涂膜的質量。因此在乳液涂料生產中,消泡劑的作用十分重要。

泡沫是氣體分散于液體中的膠態體系。當分散的氣泡尚未達到液體表面,或者即使達到了液體表面也不破裂消失,于是就形成泡沫。

消泡劑作用就是通過消泡劑在氣泡表面的吸附,局部改變氣泡的表面張力,使其失去平衡而破裂。這就要求消泡劑本身應具有一定的親水性,但又不能完全溶于水中。

消泡劑的選擇,除了要考慮達到消泡的目的外,還必須不會對涂料引起顏料凝聚、縮孔、針孔、失光、縮邊、絲紋等副作用,消泡能力須持久。

許多低表面能的化學品都具有消泡作用,如醚類、長鏈醇類、脂肪酸酰胺類、磷酸酯類、有機硅類等。低相對分子質量的聚二甲基硅氧烷(硅油)具有非常優良的消泡劑效果。正丁醇、磷酸三丁酯等也是常用的消泡劑。

消泡劑的用量要適當。若用量過多,會引起縮孔、縮邊等現象。推薦用量0.01%~0.3%。

成膜助劑


涂料的成膜是通過聚合物粒子的堆積、破裂和熔結而完成的。大部分乳液涂料中的聚合物的Tg在10~25°C之間,當環境溫度低于上述溫度時,涂料的成膜就 受到阻礙。但如果將乳液中聚合物的Tg設計得更低,雖能解決乳液的成膜問題,但一旦環境溫度較高時,涂膜可能會表面發黏,影響其使用效果。為了使乳液涂料既能在較低氣溫下熔結成膜,又不使涂膜過于柔軟,工藝上采用加入成膜助劑來解決。這種成膜助劑在成膜時起增塑劑的作用,使乳液的最低成膜溫度降低;成膜完成后即逐漸揮發,使涂膜的力學性能和硬度恢復到原來水平。

可作為成膜助劑的化學物質很多,對其基本要求如下:

① 應能明顯地降低乳液聚合物的玻璃化溫度,并與聚合物之間有很好的相容性。

② 應具有中等至高的沸點,并應有一定的揮發速度,其揮發速度至少應低于水。這樣,在成膜前或成膜過程中能保留在乳膠涂料中,成膜后逐漸揮發掉。

③ 應具有一定的水溶性或較好的親水性,易為乳液顆粒所吸附。

常用的成膜助劑主要為醇類、醚類或酯類化合物,如乙二醇、丙二醇、己二醇、苯甲醇、一縮二乙二醇、丙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚乙酸酯、十二碳醇酯等。

成膜助劑的用量應根據乳液品種的不同和施工季節的變化來調整,一般為乳液涂料量的2%~4%。

殺菌、防霉劑


涂料中,由于加入多種助劑,特別是大量使用了各種表面活性劑,而成為微生物的營養源。涂料若被微生物污染,只要溫度、濕度等生長條件適宜,微生物就會大肆繁殖,使涂料發霉變質,黏度下降并產生臭味,這種現象稱為涂料的“腐敗”。霉菌侵蝕干燥后的涂膜,形成黑色的淤積斑,導致涂料失去附著力而破壞,影響涂料的裝飾效果,這種現象稱為涂膜的“霉變”。為了防止乳膠涂料在貯存罐內的腐敗和涂膜在使用過程中的霉變,通??赏ㄟ^加入防霉防腐劑來解決。

涂料用的防霉防腐劑應滿足以下幾個方面的要求。

① 要求有廣譜的抗微生物活性,對各種霉菌、細菌有廣泛的致死或抑制作用,藥效高,活性長久,使用濃度要低。

② 安全,對人體和牲畜無毒或低毒。

③ 不與涂料中其他成分起化學反應,成膜后不影響涂膜的物理、化學和力學性能。

④ 揮發性低,在涂料中相容性好,易分散,在水中不溶或難溶。

⑤ 價廉易得,使用方便。

早期乳液涂料中使用較多的防霉劑為五氯苯酚。該化合物雖有較好的防霉防腐性能,但對人體有較大的毒害,故目前已經逐步退出乳

液涂料的生產領域。

目前在乳液涂料生產中使用較多的低毒防霉防腐劑有以下品種。

① 1,2-苯并異噻唑啉-3-酮(BIT)該類產品的特點是殺菌效率高,用濃度為0.005% 的溶液即有顯著效果;廣譜殺菌,對細菌、霉菌和酵母菌等均有顯著效果;安全低毒,不僅能防止乳液和涂料的腐敗變質,對涂膜的霉變也有良好的抵御作用。

② 2-(4-噻唑基)苯并咪唑(TBZ) TBZ俗稱賽菌靈,屬低毒防霉劑。國外已用作水果的防腐防霉劑。其突出的優點是抗霉菌效果甚佳??捎糜谑称窂S、醫院等的內墻涂料。但 它對涂料的防腐敗效果甚微。

③ 四甲基二硫代秋蘭姆(TMTD) TMTD俗稱福美雙。毒性較低,不僅防霉效果好, 而且對細菌抑制能力強,可用于乳液涂料的防腐和防霉。

④ 2,4,5,6-四氯間苯二腈(TPN) TPN俗稱百菌清,是目前非汞型防霉、殺菌劑中最有效的廣譜殺菌劑之一。毒性極低。

⑤ 苯并咪唑氨基甲酸甲酯(BCM) BCM俗稱多菌靈。毒性低,熱穩定性高,不溶或 難溶于一般有機溶劑,能溶于無機酸及乙酸,形成相應的鹽類,在不同的pH值范圍內均可使用。對大部分霉菌顯示良好的抗菌效果,但對高濕度下易生長的毛霉、根霉等效果差,對細菌和酵母菌的作用也較弱,多與TMTD配合使用,可提高抑菌效果。

防凍、慢干劑


涂料為水性體系,低溫受凍時容易破乳而破壞。防凍劑的作用就是降低乳液的冰點,改善其凍融穩定性,使其在低溫貯存時不易破壞。防凍劑一般采用低分子的醇類和醚類,如乙二醇、1,2-丙二醇、一縮二乙二醇、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚等。其中最常用的為乙二醇。

流平劑


涂料在表面粗糙的混凝土墻面上施工時,往往流平性不好。這是由于乳液涂料中的水分外蒸內吸,涂膜失水太快所致。因此流平劑的作用實際上是延緩乳液涂料中水分的蒸發,使涂料有足夠的時間鋪展。目前應用效果較好的流平劑為1,2-丙二醇,但用量較大。對有光乳液涂料,用量需高達12%,對平光乳液涂料用量可適當減少。

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