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表面活性剂在涂料中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-07-02  浏览次数:890
核心提示:润湿分散剂:颜料的研磨与分散过程是制造涂料的主要工序,大约80%的电能和工时消耗在该工序上。选择合适的颜料润湿分散剂,可以

润湿分散剂:颜料的研磨与分散过程是制造涂料的主要工序,大约80%的电能和工时消耗在该工序上。选择合适的颜料润湿分散剂,可以缩短工时,得到颜料分散程度均匀一致的色浆,提高涂料的贮存稳定性,改善涂膜状态,提高紫外线的吸收和反射能力,增加颜料的耐候性和耐化学药品性。

1为了获得良好的涂料分散体系,可以使用某些表面活性剂来增强颜料的润湿和稳定作用。表面活性剂能吸附在颜料表面,从而改变颜料的表面性能,使颜料的润湿和分散过程容易进行。润湿是改变颜料表面性能的过程,除掉表面吸附的水和空气,改变其极性,降低液-固之间界面张力和接触角,增加颜料和漆料的亲合力,缩短颜料在漆料中的研磨分散时间,通过粉碎形成颜料细小颗粒的悬浮体。在无外力作用下,要保持颗粒稳定的分散状态,就必须加入一定量的分散剂,分散剂吸附在颜料微粒的表面,通过形成双电层、物理屏蔽作用、氢键作用、偶极作用,防止分散了的颜料粒子再度聚集,使其在分散体系中处于稳定的悬浮状态。润湿剂和分散剂的作用有时很难区分,同一种产品常兼具润湿和分散双重作用。

2润湿分散剂的种类:不同类型的涂料,所用的润湿分散剂分子结构也不相同,其中水性涂料和溶剂型涂料所用润湿分散剂最具代表性。

(1)水性涂料用润湿分散剂 水性涂料是以水为溶剂或分散介质的涂料。在制备这类涂料的过程中,若采用多种颜料,常因其物理性质差别较大,制得的浆料靠强烈搅拌也只能暂时分散均匀,在贮存和使用过程中常发生颜料沉淀和浮色等现象,为解决这些问题,就需要在涂料制备过程中加入表面活性剂,以提高体系分散稳定性。在水性涂料中使用的润湿剂包括阴离子型、阳离子型、非离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂有:二烷基(辛基、丁基、己基)磺基琥珀酸盐、蓖麻油硫酸化合物、十二烷基磺酸钠、烷基萘磺酸钠、硫酸月桂脂、油酸丁基酯硫酸化合物等;阳离子型表面活性剂有:烷基吡啶盐氯化物等;非离子型表面活性剂有:烷基苯酚聚氧乙烯醚、烷基聚氧乙烯醚、聚氧乙烯乙二醇烷基醚、聚氧乙烯乙二醇烷基芳基醚等。分散剂包括阴离子型、阳离子型、非离子型表面活性剂。阴离子型表面活性剂有:烷基磺基琥珀酸盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、脂肪酸胺衍生物硫酸酯、蓖麻油硫酸化合物等;阳离子表面活性剂有:烷基吡啶鎓氯化物、三甲基硬脂酸酰胺氯化物等;非离子表面活性剂有:烷基酚聚氧乙烯醚、山梨糖醇烷基化合物等。另外,还有聚羧酸盐、聚丙烯酸衍生物、聚甲基丙烯酸衍生物等高分子表面活性剂。

(2)溶剂型涂料用润湿分散剂 溶剂型涂料使用的润湿分散剂大部分属于高分子聚合物类表面活性剂。包括天然高分子类(如卵磷脂)、合成高分子类(如长链聚酯的酸和多氨基盐、聚丙烯酸衍生物、聚醚衍生物等)。

2.1.2.2消泡剂

1.泡沫产生的原因

(1)表面活性剂的使用。在涂料制造中,需加入各种助剂,其中润湿剂、分散剂、流平剂、乳化剂、防沉淀剂等,都是表面活性剂,这些物质本身能产生稳定的泡沫,就使得泡沫的产生具备了客观条件。

(2)在涂料制造过程和涂装过程中,大量采用高速、省力、自动化程度高的设备和施工技术,使涂料体系内部发生紊流、飞溅、冲击、气窝的概率增大,有助于泡沫的产生。

(3)化学反应产生气泡,如聚氨脂涂料中若混入微量水,水与异菁酸酯发生反应会生成二氧化碳气体,在漆膜中出现小泡和针孔。

(4)在有孔隙的底材上涂装,孔隙内的空气自涂膜内部上溢,若气泡上升不到表面,就会留在涂膜中形成鱼眼,若上升到表面,就会形成缩孔和针眼。

2.消泡剂的种类

消泡剂既有抑制泡沫产生的作用,又有消除泡沫的作用。一种合格的消泡剂本身具有较低的表面张力,而且表面张力越小,消泡效果越好;同时消泡剂还应具有一定的亲水性,使其不溶于发泡介质之中,又能很好地进行分散;此外,消泡剂不能影响乳液的稳定性。因此,大部分消泡剂是表面活性低,HLB值低,不溶于发泡介质的表面活性剂。

在涂料工业中,消泡剂的用量不大,但专用性很强。水性涂料中用的消泡剂有:矿物油、脂肪酸低级醇酯、高级醇、高级脂肪酸、高级脂肪酸金属皂、高级脂肪酸甘油脂、高级脂肪酸酰胺、高级脂肪酸和多乙烯多胺的衍生物、丙二醇与环氧乙烷的加聚物、有机磷酸酯、有机硅树脂等。

溶剂型涂料用的消泡剂有:低级醇、高级脂肪金属皂、低级烷基磷酸酯、有机硅树脂、改性有机硅树脂等。

2.1.2.3流平剂

1.条痕效应和流平性

涂料施工后,都有一个流动及干燥成膜的过程,这一过程也叫流平过程。用刷涂、刮涂、滚涂等方法施工的时候,涂料被迫在底材和朝后倾斜的涂布器表面间展开,产生不稳定的流动,因此都会留下明显的条痕。一般涂层越厚,条痕越宽,涂布器向后倾斜外伸程度越大,条痕越明显,这种现象称为条痕效应。流平性较好的涂料,施工后很快流平,形成光滑平整的涂层。而流平性不好的涂料,成膜后会留下明显的刷痕、橘皮等缺陷,影响外观。

要使用流平剂改善涂料的流平性,可以考虑两个方面的因素:①选用可以降低涂料表面张力的活性剂,以提高涂料的流平性;②选用挥发速度慢又能降低涂料施工黏度的溶剂,改善涂料流动性,延长流平时间,达到最终流平。

2.流平剂的种类

根据流平剂的作用方式及化学结构,将流平剂分为以下四类:

(1)高沸点溶剂类 选择沸点在160℃以上的溶剂,用以调整涂料的溶剂组成,使涂料在干燥过程中具有梯度的挥发速度及溶解力,达到干燥与流平的统一。

(2)有机硅类 聚二甲基硅氧烷、聚甲基烷基硅氧烷、聚甲基硅氧烷-聚醚嵌段共聚物、聚二甲基硅氧烷-聚酯嵌段共聚物等,在流平剂中用量很大。

(3)聚丙烯酸酯类 这是一类用特殊方法合成的丙烯酸酯共聚物,具有比树脂、漆料低得多的表面张力,能够改善涂料的流平性。

(4)醋丁纤维素类(CAB) CAB与多种树脂、溶剂的混溶性较好。作为流平剂,可降低涂料的表面张力。施工后,由于溶剂释放性好,能大大缩短涂料的表干时间,并迅速迁移到涂料表面,形成单分子膜,从而得到光滑的涂膜。一般CAB丁酰基含量越高,流平性越好。

2.1.2.4乳化剂:以水为分散介质的乳液涂料(又称乳胶漆),是以聚合乳液为基础,颜料、填料、助剂分散其中而组成的水性分散体系。由于乳液涂料具有可用水稀释、施工方便、快干、不燃、低毒、节能、涂膜性能优异等特点,被广泛用于建筑内外涂料、工业用漆、纤维处理、造纸等多种应用领域,是当前涂料工业发展的重要方向之一。

聚合物乳液是乳液涂料的重要成分,它在很大程度上决定着漆膜的物理、化学及机械性质。乳液聚合过程一般需要单体、水、引发剂、乳化剂四种主要物质。乳化剂在乳液聚合的整个过程中,从胶团形成,自由基引发反应开始,直到分散稳定的聚合物乳液形成为止,都起着不可替代的作用。

1.乳化剂的种类

乳化剂是典型的表面活性剂,阴离子型、阳离子型、两性、非离子型表面活性剂都可用作乳化剂。

用作乳化剂的阴离子表面活性剂有:烷基醚硫酸盐、脂肪酸硫酸盐、烷基磺酸盐、烷基萘磺酸盐、烷基胺磺酸盐、烷基硫酸盐等;阳离子表面活性剂有:烷基胺盐、烷基季铵盐、烷基吡啶盐等;两性表面活性剂有:磺酸酯、硫酸酯、磷酸酯;非离子表面活性剂有:聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯芳基醚、山梨糖醇、山梨糖醇酐及其脂肪酸酯、甘露醇和脱水甘露醇及其脂肪酸酯等。

2.1.2.5抗静电剂

抗静电涂料是具有排除积累静电荷能力的涂料。它的主要作用是:保证装饰涂层不吸灰尘、耐污染;保证仪器、仪表不受静电干扰,确保其精确度和灵敏度;消除高空设施上的静电,防止雷电的损害;有利于静电的泄漏,防止火灾发生。

涂料中加入抗静电剂,可制备抗静电涂料。抗静电剂是表面活性剂,可通过不同的渠道泄漏静电荷或降低摩擦因数,以抑制静电荷的产生。一般要求其具有以下特点:防止静电效果好;防止静电效果持久;与成膜物质有良好的混溶性;不影响涂料的其他性能。

可以作为抗静电剂的表面活性剂有:季铵盐类阳离子表面活性剂,磷酸酯类阴离子表面活性剂,聚氧乙烯非离子表面活性剂。

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