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第十涂料助剂
第十
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:
Y液-气COS 0 = 丫固-气 — 丫固-液 (11-1)
式中丫液-气:液体、气体之间的界面张力
丫固-气:固体、气体之间的界面张力
丫固-液:固体、液体之间的界面张力
0:固体、液体之间的接触角
Y 固-气—Y 固-液, 即:
BS 二丫 液-气 cos 0
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:
r3
润湿效率 K F1 cos (11-2)
式中,K为常数;丫 F1为基料的表面张力;B为接触角(基 料/颜料界面);r为颜料粒子的间隙半径;I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DLVOT散双电层机理、空间位阻稳 定机理、静电空间稳定机理。
DLVG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
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