涂料用助剂是一种加入少量(通常为0.1%~5%)就能对涂料性能产生重大影响的材料。
据Kusumgar,Nerlfi& Growney咨询公司介绍,2009年在涂料和油墨助剂中,用量最大的五类助剂是流变助剂、消泡剂、分散剂、防滑耐磨剂和润湿剂。其中,涂料助剂约占80%,油墨助剂约占20%。这五种助剂全球消耗约为78万吨,35亿美元。亚洲约占40%,欧洲和北美约各占25%,世界其他地区约为10%。
助剂是涂料工业的“味精”。其作用大致如其名称所述,但绝不限于名称。
一是任何助剂,如果使用得当,就会发挥事半功倍的正面作用,但它们也必然会有副作用。如润湿分散剂,能降低水的表面张力,促进颜料填料的润湿分散,提高其分散稳定性,同时有利于涂料对基面的润湿。但润湿分散剂在生产和施工中,会产生气泡;成膜后,润湿分散剂留在涂膜中,就成为渗透剂,从而提高涂膜的吸水性,降低耐水性和耐洗刷性。
二是任何助剂,其用量均以能解决问题为度,超量使用是花钱买副作用。如消泡剂使用过量,涂膜会缩孔。
三是要十分注意助剂之间的相互作用。要把助剂放在涂料体系中考虑,如乳液的乳化剂,色浆的润湿分散剂和增稠剂等,都要统一考虑,不能就单一助剂论助剂。要尽量使其相互增益,互为协同作用,即1加1大于2,防止相互抵消,甚至出现麻烦。
四是要从助剂的组成、结构和作用机理出发,在理论上把握助剂使用。同时要通过试验和不断实践,积累经验,逐步进入会使用和巧使用的自由王国。
为了学习和使用的方便,人们将助剂进行分类。
按使用在何种涂料产品中进行分类,助剂可分为溶剂型涂料用助剂、水性涂料用助剂、粉末涂料用助剂等。这种分类被广泛使用,但这只是粗线条的分类。
按功能分类,助剂可分为以下几种:
①改善涂料加工性能类,如润湿剂、分散剂、消泡剂、防结皮剂等。
②改善涂料贮存性能类,如防沉剂、防腐剂、增稠剂、冻融稳定剂、润湿剂、分散剂、防结皮剂等。
③改善涂料施工性能类,如增稠剂、触变剂等。
④改善涂料固化成膜性能类,如催干剂、固化促进剂、光引发剂、成脱助剂、交联剂等。
⑤改善涂膜性能类,如附着力促进剂、流平剂、防浮色发花剂、光稳定剂、防粘连剂等。
⑥赋予涂料特殊功能类,如阻燃剂、防霉剂、防污剂、抗静电剂、疏水剂、光催化剂等。
从以上分类可见,有些助剂具有一种功能,而另一些助剂却具有多种功能。
Gite等将助剂分为两类。一类是构述型助剂(constructive additives),它能产生和提高涂料的某一性能。这类助剂如润湿分散剂、防腐防霉剂、缓蚀剂、催干剂、催化剂、增稠剂、防污剂、流平剂、整合剂。另一类是校正型助剂(corrective additives),它能减少和消除涂料的缺陷。这类助剂如防结皮剂、防冻剂、消泡剂、消光剂、成膜助剂。这种分类其实也是按功能分的。
当然,还有其他不同的分类法。比如按照助剂分子量大小分为小分子助剂和高分子助剂等。
涂料助剂是涂料的辅助原料。涂料助剂一般不能成膜,通常加入量很少,只占涂料总量的百分之几到万分之几不等,但对基料形成涂膜的过程与性能起着非常重要的作用。
涂料助剂可以明显改进涂料的生产工艺,提高涂料的质量,赋予涂料特殊的功能,改善涂料的施工条件。在主要成膜物质相同的情况下,加入涂料助剂与不加入涂料助剂的涂料会在质量和性能上出现极大的差异。虽然助剂是涂料的辅助成膜物质,但已成为涂料中不可缺少的组成部分,人们常把它称为涂料的“味精”。目前,涂料助剂的使用水平已成为衡量涂料生产技术水平的重要标志。
涂料品种很多,故助剂也形成数百上千品种。助剂的使用和选择都具有针对性,必须根据涂料和涂膜的不同要求而决定。在正常情况下,同种涂料性能和价格不同主要反映了助剂添加品种及质量的差异。
人们很早在使用天然树脂(如桐油)生产涂料时,就已经注意到使用黄丹(密佗僧)可加快涂膜的干燥,形成了较早的一种传统催干剂。表面活性剂由于分子结构中同时含有亲水和亲油基团,少量加入即可显著改变界面性能。在1929年,表面活性剂首次被引入乳液聚合的领域,出现第一项乳液聚合专利,为发展水分散乳液体系的涂料奠定了基础。应该说,没有乳化剂的发现和引入涂料领域,就不可能有当今世界上占涂料总产量近一半的乳胶涂料的现状。随着世界经济的发展,不同的工业领域对适用于其产品的涂料提出了各种不同的要求,并在向多功能化、安全、环保、低能耗、水性、高固体份、快干等方向发展。为适应这种要求,各种具有不同功能的助剂在建筑涂料、工业涂料(汽车涂料、家电涂料、防腐涂料、船舶涂料、卷材涂料、家具涂料等)或是功能性涂料(如防火涂料、高温涂料、隔热涂料、防污涂料、耐核辐射涂料、光固化涂料等)中,得到广泛的研究和开发。
目前,应重点开发的新型助剂,如水性涂料用助剂(乳胶漆、水性工业漆及电泳涂料专用助剂),高固体份、粉末涂料、无溶剂涂料等用助剂,具有交联和反应功能的助剂。这些助剂的开发及应用又能进一步促进这类环保型涂料的技术进步。
①乳化剂。发展水溶性低分子量聚合物代替传统乳化剂、实现无皂聚合,研究反应型、功能性乳化剂及氟碳表面张力调节剂等。
②流平剂。研究高效、相容性广泛,具有可重涂性、不含有机硅的流平剂。
③分散剂。发展高分子分散剂和带有高效稳定基团的分散剂。
④防污剂。研究高效低毒无锡防污剂及天然产品提取物防污剂和多功能防污剂。
⑤防霉剂。研究高效安全性的防霉杀菌剂和混合防霉剂。
⑥引发剂。研究官能团引发剂和新型光敏引发剂。
⑦消光剂。研究低污染水性、无溶剂涂料用消光剂及对光泽无影响高分子蜡消光剂。
⑧流变剂。研究酰胺蜡和微凝胶型流变剂。
⑨增稠剂。发展PU类增稠剂及综合型增稠剂。
虽然涂料助剂种类繁多,但涉及高分子量助剂的品种主要局限于分散剂、消泡剂、流平剂、增稠剂等少数几个种类,下面我们将逐一进行介绍。