助剂在水性涂料中的作用及对其性能的影响之2.2-2.4

马俭明

2润湿分散剂

润湿分散剂主要是减少完成分散过程所需的时间和(或)能量，同时使颜料分散体稳定。水性涂料中颜填料的分散稳定包括润湿、分散和稳定三个过程。润湿剂是结构中带有亲水基、亲油基两个基团的表面活性剂。用于水性涂料体系的颜料(金属或有机颜料)分散剂可分为聚电解质高分子化合物或阴离子羧酸、非离子化合物等两类。此类颜料分散剂主要通过以下两种作用来保持颜料粒子的分散性和稳定性。

(1)控制颜料粒子表面上吸附的电荷，由于带有相同电荷而相互排斥，带电的颜料微粒在库仑排斥力作用下来维持水性涂料乳液的分散稳定性。

(2)颜料微粒的表面形成一种稳定的吸附层，阻止颜料微粒相互接近，起到一种空间位阻效应而提高颜料的分散性，从而改善涂膜的外观装饰性并增加了涂料的商品价值。

高分子分散剂，其结构为无规共聚物、接枝共聚物和嵌段共聚物等，其中无规共聚物应用较多。亲水性基团可由羧基、磺酸基、羟基、氨基等组成，疏水性基团多为不饱和烃类，如苯乙烯、乙烯、丁二烯、二异丁烯、(甲基)丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、一甲基苯乙烯等单体组成，亲水性基团也可由一系列共聚物组成，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、马来酸(酯)一丙烯酸(酯)(苯乙烯)共聚物等。

决定一个润湿分散剂效率高低的要素之一，是其拥有的“锚固基团”的数量。如果1个分子上只有1个锚固基团，其一旦被溶剂分子置换后，就会造成整个分子立刻从颜料表面完全脱离开来，从而导致颜料的絮凝。拥有若干个官能团的的分子则不易脱落，表现出优良的性能。对有机颜料来说，芳香基团会很有效果。分散剂上的芳香基团，如苯基和萘基，对分散体的长期稳定特别有帮助。无机颜料也可分为不同的化学种类:氧化物、氢氧化物、硫化物、硅酸盐，硫酸盐或碳酸盐。很显然，这些极性的分子结构非常易于与酸性基团，如羧酸、磷酸或硫酸官能团相互作用。

2．3消泡剂

水性涂料在制造和施工过程中都会产生泡沫，“泡冠”会延长生产时间并降低生产设备的有效容积。泡沫也会对施工过程产生影响，使涂膜在于燥后产生各种表面缺陷。

传统水性涂料消泡剂一般分为三大类:矿物油类消泡剂、聚硅氧烷类消泡剂和其他类消泡剂。近几年，开发了分子级消泡剂。这种消泡剂是将消泡活性物质直接接枝在载体物质上形成聚合物。该聚合物分子链上带有湿润作用的羟基，消泡活性物质分布在分子四周，活性物质不易聚集，与涂料体系相容性良好。这类分子级消泡剂有矿物油类，如FoamStar AIO;含硅类，如FoamStar A30;以及非硅非油聚合物类，如FoamStar MF系列［gj。另据报道，这种分子级消泡剂是以超接枝星形聚合物作为不相容表面活性剂，在水性涂料应用中取得很好结果。Stout等报道的Air Products分子级消泡剂，属于乙炔二醇类，是兼具湿润性的控泡剂和消泡剂，如Surfynol MD 20和Surfynol MD30等。此外，为了满足生产零VOC涂料的需要，也有不含VOC的消泡剂，如Agitan 315、Agitan E 255等。

2．4增塑剂

低温柔韧性是检测涂料性能的一项重要指标，而该指标由水性涂料所采用胶乳的玻璃化转变温度(Tg)确定。当外界温度高于基料的T g时，涂料行为类似橡胶，受载时产生弹性形变，具有较好的柔韧性;当外界温度低于基料的T g时，涂料行为类似玻璃易于产生脆性破坏，其柔韧性显著下降。目前所供使用的胶乳如VAE乳液的T g≈－3℃，某些丙烯酸乳液的T g在－5℃左右，都不能满足要求。因此，掺入一定量的增塑剂可以起到降低胶乳T g的作用。而随着胶乳T g的降低，涂料的低温柔韧性也随之提高。增塑剂通常是高沸点难挥发的液体或低熔点的固体，一般不与乳胶的主体成分发生化学反应。它作为小分子助剂，主要作用是插进成膜的高分子物质中，削弱乳胶中聚合物的分子间力，促进了聚合物分子链段的活动性，降低聚合物分子链的结晶性，从而使聚合物分子链段变得柔顺。

采用增塑剂来改善涂料的低温柔韧性，一般来说，效果是明显的，但这并不等于说，增塑剂的掺量越多越好。通过实验发现，防水涂料低温柔性的改善总是伴随着其拉伸性能的损失。图2、图3、图4分别为丙烯酸涂料中掺入某种增塑剂后，它的玻璃化转变温度、抗拉强度与延伸率的变化曲线。随着增塑剂掺量的加大，涂料的T g降低了，与此同时，涂料的抗拉强度与延伸率也降低了。因此，一味的追求低温柔韧性并不可取。