（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）涂料助劑被認為是涂料產(chǎn)品的一類(lèi)重要組成材料，它可以改進(jìn)生產(chǎn)工藝、改善產(chǎn)品性能，提高涂料施工性能、減少對環(huán)境的污染，開(kāi)發(fā)新型涂料特殊功能，推出各種功能的水性涂料。盡管絕大多數助劑在涂料中使用的相對比例不高，但往往對提高和改善涂料和涂膜的性能卻能起到十分關(guān)鍵的作用，因此越來(lái)越受到業(yè)界人士的重視。在某些產(chǎn)品中甚至已到了離不開(kāi)它的程度，涂料助劑由于其功能的各異而品種繁多。據不完全統計，估計達幾千種之多，主要有成膜助劑，潤濕劑、分散劑、消泡劑，增塑劑，增稠劑，防凍劑、流平劑、防霉劑及防腐劑、pH調節劑等。
1成膜助劑
成膜助劑又稱(chēng)凝聚劑、聚結劑，通常為高沸點(diǎn)溶劑，成膜助劑的作用如同一種“臨時(shí)”增塑劑，用以降低聚合物的玻璃化溫度(Tg)，一旦顆粒變形與成膜過(guò)程完成后，成膜助劑會(huì )從涂膜中揮發(fā)，從而使聚合物Tg值恢復至初始值。通常情況下，大多數成膜助劑在室溫下?lián)]發(fā)比水滯后1—2小時(shí)，因此，成膜助劑應該由揮發(fā)性較慢的溶劑組成。作為成膜助劑的最大先決條件就是在干燥過(guò)程中，水分揮發(fā)，而成膜助劑仍留在涂層中，它最后從涂層中自行揮發(fā)。通常應用于涂料的膠乳都具有較低的玻璃化轉變溫度(Tg)．如VAE乳液的在一3℃左右，因此．在大多數氣溫高于5℃條件下．這些乳液都可以正常成膜，而成膜助劑的加入，對加速涂膜干固起到了一定的作用。圖1是乙二醇作為成膜助劑時(shí)，對丙烯酸涂料干固時(shí)間的影響。由圖1可見(jiàn)，隨著(zhù)乙二醇摻量的增加，涂膜的干固時(shí)間也隨之降低。
 成膜助劑除有助于成膜性能外，還有降低涂料凍結溫度的功能。例如乙二醇、丙二醇就可作為涂料的防凍劑使用。除此之外，成膜助劑對涂料濕膜性能如流平性、抗流掛性及展色性都有一定的影響。
2 潤濕分散劑
潤濕分散劑主要是減少完成分散過(guò)程所需的時(shí)間和(或)能量，同時(shí)使顏料分散體穩定。水性涂料中顏填料的分散穩定包括潤濕、分散和穩定三個(gè)過(guò)程。潤濕劑是結構中帶有親水基、親油基兩個(gè)基團的表面活性劑。用于水性涂料體系的顏料(金屬或有機顏料)分散劑可分為聚電解質(zhì)高分子化合物或陰離子羧酸、非離子化合物等兩類(lèi)。此類(lèi)顏料分散劑主要通過(guò)以下兩種作用來(lái)保持顏料粒子的分散性和穩定性。
(1)控制顏料粒子表面上吸附的電荷，由于帶有相同電荷而相互排斥，帶電的顏料微粒在庫侖排斥力作用下來(lái)維持水性涂料乳液的分散穩定性。
(2)顏料微粒的表面形成一種穩定的吸附層，阻止顏料微粒相互接近，起到一種空間位阻效應而提高顏料的分散性，從而改善涂膜的外觀(guān)裝飾性并增加了涂料的商品價(jià)值。
高分子分散劑，其結構為無(wú)規共聚物、接枝共聚物和嵌段共聚物等，其中無(wú)規共聚物應用較多。親水性基團可由羧基、磺酸基、羥基、氨基等組成，疏水性基團多為不飽和烴類(lèi)，如苯乙烯、乙烯、丁二烯、二異丁烯、(甲基)丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、一甲基苯乙烯等單體組成，親水性基團也可由一系列共聚物組成，如丙烯酸一丙烯酸酯(丙烯酰胺)共聚物、苯乙烯一丙烯酸(酯)共聚物、馬來(lái)酸(酯)一丙烯酸(酯)(苯乙烯)共聚物等。
決定一個(gè)潤濕分散劑效率高低的要素之一，是其擁有的“錨固基團”的數量。如果1個(gè)分子上只有1個(gè)錨固基團，其一旦被溶劑分子置換后，就會(huì )造成整個(gè)分子立刻從顏料表面完全脫離開(kāi)來(lái)，從而導致顏料的絮凝。擁有若干個(gè)官能團的的分子則不易脫落，表現出優(yōu)良的性能。對有機顏料來(lái)說(shuō)，芳香基團會(huì )很有效果。分散劑上的芳香基團，如苯基和萘基，對分散體的長(cháng)期穩定特別有幫助。無(wú)機顏料也可分為不同的化學(xué)種類(lèi):氧化物、氫氧化物、硫化物、硅酸鹽，硫酸鹽或碳酸鹽。很顯然，這些極性的分子結構非常易于與酸性基團，如羧酸、磷酸或硫酸官能團相互作用。
3 消泡劑
水性涂料在制造和施工過(guò)程中都會(huì )產(chǎn)生泡沫，“泡冠”會(huì )延長(cháng)生產(chǎn)時(shí)間并降低生產(chǎn)設備的有效容積。泡沫也會(huì )對施工過(guò)程產(chǎn)生影響，使涂膜在于燥后產(chǎn)生各種表面缺陷。
傳統水性涂料消泡劑一般分為三大類(lèi):礦物油類(lèi)消泡劑、聚硅氧烷類(lèi)消泡劑和其他類(lèi)消泡劑。近幾年，開(kāi)發(fā)了分子級消泡劑。這種消泡劑是將消泡活性物質(zhì)直接接枝在載體物質(zhì)上形成聚合物。該聚合物分子鏈上帶有濕潤作用的羥基，消泡活性物質(zhì)分布在分子四周，活性物質(zhì)不易聚集，與涂料體系相容性良好。這類(lèi)分子級消泡劑有礦物油類(lèi)，如FoamStar AIO;含硅類(lèi)，如FoamStar A30;以及非硅非油聚合物類(lèi)，如FoamStar MF系列。另?yè)蟮?，這種分子級消泡劑是以超接枝星形聚合物作為不相容表面活性劑，在水性涂料應用中取得很好結果。Stout等報道的Air Products分子級消泡劑，屬于乙炔二醇類(lèi)，是兼具濕潤性的控泡劑和消泡劑，如Surfynol MD 20和Surfynol MD30等。此外，為了滿(mǎn)足生產(chǎn)零VOC涂料的需要，也有不含VOC的消泡劑，如Agitan 315、Agitan E 255等。
4 增塑劑
低溫柔韌性是檢測涂料性能的一項重要指標，而該指標由水性涂料所采用膠乳的玻璃化轉變溫度(Tg)確定。當外界溫度高于基料的Tg時(shí)，涂料行為類(lèi)似橡膠，受載時(shí)產(chǎn)生彈性形變，具有較好的柔韌性;當外界溫度低于基料的Tg時(shí)，涂料行為類(lèi)似玻璃易于產(chǎn)生脆性破壞，其柔韌性顯著(zhù)下降。目前所供使用的膠乳如VAE乳液的Tg≈－3℃，某些丙烯酸乳液的Tg在－5℃左右，都不能滿(mǎn)足要求。因此，摻入一定量的增塑劑可以起到降低膠乳T(mén) g的作用。而隨著(zhù)膠乳T(mén) g的降低，涂料的低溫柔韌性也隨之提高。增塑劑通常是高沸點(diǎn)難揮發(fā)的液體或低熔點(diǎn)的固體，一般不與乳膠的主體成分發(fā)生化學(xué)反應。它作為小分子助劑，主要作用是插進(jìn)成膜的高分子物質(zhì)中，削弱乳膠中聚合物的分子間力，促進(jìn)了聚合物分子鏈段的活動(dòng)性，降低聚合物分子鏈的結晶性，從而使聚合物分子鏈段變得柔順。
采用增塑劑來(lái)改善涂料的低溫柔韌性，一般來(lái)說(shuō)，效果是明顯的，但這并不等于說(shuō)，增塑劑的摻量越多越好。通過(guò)實(shí)驗發(fā)現，防水涂料低溫柔性的改善總是伴隨著(zhù)其拉伸性能的損失。圖2、圖3、圖4分別為丙烯酸涂料中摻入某種增塑劑后，它的玻璃化轉變溫度、抗拉強度與延伸率的變化曲線(xiàn)。隨著(zhù)增塑劑摻量的加大，涂料的Tg降低了，與此同時(shí)，涂料的抗拉強度與延伸率也降低了。因此，一味的追求低溫柔韌性并不可取。
增稠劑能調節乳膠涂料的粘度或流變性，易于形成均勻的涂料組分。有些增稠劑還可改善涂料的觸變性，使得便于施工，減少滴流和流掛。水性涂料以水作為分散介質(zhì)，粘度通常都較低，常需要加入一定量的增稠劑。常用的增稠劑有四類(lèi)::無(wú)機增稠劑類(lèi)、纖維素類(lèi)、聚丙烯酸類(lèi)、聚氨酯類(lèi)。
根據增稠劑與乳膠粒中的各種粒子作用關(guān)系，還可分為締合型和非締合型，無(wú)機增稠劑以膨潤土為代表。通常水性膨潤土吸水膨脹后形成觸變性的凝膠礦物，吸水后體積為原體積的好幾倍。它不但起到增稠作用，而且還能防沉、防流掛、防浮色發(fā)花，其增稠效果要好于同樣用量的堿溶脹丙烯酸類(lèi)和聚氨酯類(lèi)增稠劑。除此之外，它還具有廣泛的pH適應性，良好的凍融穩定性和生物穩定性。由于不含水溶性表面活性劑，干膜中的微細粒子有阻止水分遷移、擴散作用，能增強涂膜的耐水性等特點(diǎn)。
聚氨酯類(lèi)與纖維素增稠劑和丙烯酸類(lèi)增稠劑相比，具有良好的遮蓋力和良好的流平性;相對分子質(zhì)量低，輥涂時(shí)不易產(chǎn)生飛濺;能與乳膠粒了締合，不會(huì )產(chǎn)生體積限制性絮凝，因而可使涂膜光滑，涂膜具有較高的光澤度;疏水性、耐洗穩定性、耐劃傷性及生物穩定性均好。
締合型增稠劑具有其他類(lèi)型增稠劑不同的增稠機制，大多數的增稠劑都是通過(guò)水合和形成在體系中的弱凝膠結構而帶來(lái)粘度的。但締合型增稠劑象表面活性劑一樣，分子中既有親水部分也有親油部分，親水部分可水合溶脹使水相增稠，親油端基可與乳液粒子、顏料粒子相締合形成網(wǎng)絡(luò )結構。
6 防霉，防腐劑
水性涂料中的很多物質(zhì)往往可以成為各種微生物的營(yíng)養來(lái)源，在適當的潮氣、溫度下，涂料容易霉化、變質(zhì)。水性涂料用防霉殺菌劑可分為罐內防腐劑(主要是乳膠漆使用)和涂膜在自然環(huán)境中的防霉殺菌劑。由于近幾年病毒事件不斷發(fā)生，防霉殺菌劑在涂料中的應用成為業(yè)界熱點(diǎn)，尤其是建筑涂料行業(yè)對防菌涂料的熱情高漲。但防霉殺菌劑很多對人體和環(huán)境都有一定的副作用，歐洲制定第五屆環(huán)保行動(dòng)計劃，要求涂料行業(yè)盡量減少商用防霉殺菌劑的用量和種類(lèi)。如何減少防霉殺菌劑對環(huán)境的污染并且提高殺菌效果成為這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展方向。防霉、殺菌劑有取代芳烴類(lèi)、雜環(huán)化合物、胺類(lèi)化合物、有機金屬化合物等幾大類(lèi)，常用品種有2．(4－噻唑基)．苯并咪唑、2，4，5，6．四氯苯二甲腈、甲氧甲酰氨基苯并咪唑、氧撐雙吩嘿吡等，一般添加量為0.07%左右。防霉殺菌劑主要向不含氯、低毒高效、廣譜長(cháng)效和降低VOC含量方向發(fā)展。
7 結語(yǔ)
縱觀(guān)世界涂料工業(yè)的發(fā)展，水性化涂料是一個(gè)重要的發(fā)展方向。那么涂料用助劑，特別是水性涂料助劑的地位日益顯得重要。水性涂料離不開(kāi)助劑，一個(gè)乳膠涂料配方中，通常都要有十多種助劑，助劑好壞，對涂料產(chǎn)品的質(zhì)量來(lái)說(shuō)舉足輕重，因此，隨著(zhù)水性涂料的增長(cháng)，助劑產(chǎn)品迅速發(fā)展。許多助劑，我國都有對應的產(chǎn)品，而且有些產(chǎn)品的性能和質(zhì)量都已接近或達到國外同類(lèi)產(chǎn)品的水平，如分散劑、成膜助劑、中和劑、締合增稠劑等。但有許多助劑與國外還存在著(zhù)較大的差距，因此我國涂料助劑行業(yè)尤其是水性涂料助劑必須加大科技創(chuàng )新力度，加快步伐，縮小差距，這樣才能使得我國飛速發(fā)展的涂料工業(yè)長(cháng)足穩定，后勁十足。我國水性涂料助劑行業(yè)發(fā)展迫在眉睫，需要密切關(guān)注這方面的技術(shù)動(dòng)向，及時(shí)引進(jìn)開(kāi)發(fā)。
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