随着我国涂料工业的发展与涂装技术的进步，涂料助剂的研究开发与应用.docVIP

第十一章 涂料助剂 第一节 概述 随着我国国民经济的发展和科学技术的进步，人们对工业界的无名英雄－涂料也提出了更高要求，涂料助剂在其中发挥了关键作用，其理论研究、开发与应用日益为人们所重视。涂料助剂可以改进生产工艺，提高生产效率，改善贮存稳定性，改善施工条件，防止涂料病态，提高产品质量，赋予涂膜特殊功能，虽然用量很低（一般不超过总量的1%），但已成为涂料不可或缺的重要组成部分。涂料的发展对涂料助剂的研究和应用提出了更高的要求，也提供了巨大的市场机会，涂料助剂的研究和应用亦极大地推动了涂料的发展，扩大了其应用领域，二者相得益彰。 涂料助剂品种繁多，应用广泛，无论是建筑涂料、工业涂料还是功能性涂料，无论是溶剂型涂料、水性涂料、高固体份涂料还是粉末涂料都必须使用助剂才能得到预期的性能和满足最终的性能要求，在涂料生产和应用的各个阶段：树脂合成、颜填料分散研磨、涂料贮存、施工都需要使用助剂。它可以控制树脂的结构、调整树脂的分子量大小和分布、提高颜料分散效率、改善涂料施工性能、赋予涂膜特殊功能。涂料助剂以涂料树脂化学和物理为基础和核心内容，同时又与高分子科学前沿、流变学、色彩学、电学、磁学、力学、生物学以及仿生学等紧密联系，是一门正蓬勃发展的交叉学科和边缘技术。 涂料助剂按照其使用和功能可分为以下几类： （1）涂料生产用助剂，如润湿剂，分散剂，消泡剂； （2）涂料贮存用助剂，如防沉剂，防结皮剂，防霉剂，防腐剂，冻融稳定剂； （3）涂料施工用助剂，如触变剂，防流挂剂，电阻调节剂； （4）涂料成膜用助剂，如催干剂，流平剂，光引发剂，固化促进剂，成膜助剂； （5）改善涂膜性能用助剂，如附着力促进剂，增光剂，防滑剂，抗划伤助剂，光稳定剂； （6）功能性助剂，如抗菌剂，阻燃剂，防污剂，抗静电剂，导电剂。 第二节 润湿分散剂 一、概述 涂料制备过程的中心环节是颜料分散，亦即颜料在外力的作用下，成为细小的颗粒，均匀地分布到连续相中，以期得到一个稳定的悬浮体，不仅需要树脂、颜料、溶剂的相互配合，还需使用润湿分散剂才能提高分散效率并改善贮存稳定性，防止颜料在贮存期间沉降、结块，影响施工，此外颜料的良好分散还能够改善涂料的光泽、遮盖力、流变性等。 干粉颜料呈现三种结构形态：①原始粒子，由单个颜料晶体或一组晶体组成，粒径相当小；②凝聚体，由以面相接的原始粒子团组成，其表面积比其单个粒子表面积之和小 ，再分散困难;③附聚体，由以点、角相接的原始粒子团组成，其总表面积比凝聚体大，但小于单个粒子表面积之和，再分散较凝聚体容易。 颜料分散一般经过润湿、粉碎、稳定三个阶段。润湿是固体和液体接触时，固/液界面取代固/气界面，粉碎是借助机械作用把颜料凝聚体和附聚体解聚成接近原始粒子的细小粒子，并均匀分散在连续相中，成为悬浮分散体，稳定是指制备的悬浮体在无外力作用下，仍能处于稳定的分散悬浮状态。 二、颜料分散和稳定机理 液体和固体接触时，会形成界面夹角，称为接触角，它是衡量液体对固体润湿程度的一个标志。 （a）润湿式 （b）不润湿 图11-1 接触角示意图 各种界面张力的作用关系可以用杨氏方程表示： γ液-气cosθ = γ固-气 — γ固-液 (11-1) 式中 γ液-气：液体、气体之间的界面张力 γ固-气：固体、气体之间的界面张力 γ固-液：固体、液体之间的界面张力 θ： 固体、液体之间的接触角 Dr.A.Capelle 等指出润湿效率BS=γ固-气—γ固-液 , 即： BS = γ液-气cosθ 由此得出接触角越小，润湿效率越高。 Washborre 用下式表示了润湿初始阶段的润湿效率： (11-2) 式中，K为常数；γF1为基料的表面张力；θ为接触角（基料/颜料界面）；r为颜料粒子的间隙半径；为颜料粒子间隙长度； 为基料的粘度。 式（11-1）和（11-2）表明，配方固定后，降低基料粘度和使用润湿剂来降低颜料和基料之间的界面张力以缩小接触角可以提高润湿效率，但基料粘度的降低有一定限度，所以使用润湿剂是常用的手段。 颜料充分分散后，由于受到重力和热力学因素的影响往往会发生沉降、团聚，需要使用分散剂稳定分散体系。关于颜料分散体系稳定机理基本上有3个，即DLVO扩散双电层机理、空间位阻稳定机理、静电空间稳定机理。 DLVO扩散双电层机理又称静电稳定机理，分散体系中颜料粒子表面带有电荷或者吸附离子，产生扩散双电层，颜料粒子接近时，双电层发生重叠产生静电斥力实现颗粒的稳定分散，调节PH值或加入电解质可以使颗粒表面产生一定量的表面电荷，增大双电层厚度和颗粒表面的Zeta电位值，使颗粒间产生较大的排斥力。 空间位阻稳定机理是指不带电的高分子化合物吸附在颜料粒子表面形成较厚的空