助剂在水性涂料中的应用 于国玲1，周海中2 ， 王学克2（1.南阳农业职业学院,河南南阳，473000；2.南阳卧龙漆业有限公司，河南南阳，473000）

0 引言 近年来， 各国法规对VOC 排放都有明确限制，随着人们环保意识和环保法规的加强，水性涂料的研究日益受到重视，政策压力驱使着涂料行业的全球水性化革命，虽然水性树脂的研发有了很大的突破，但水性涂料能否全面替代油性涂料，有待其整体性能的提高。助剂的合理搭配和应用起着关键的作用。 水性涂料在木器、建筑、防腐、汽车、塑胶等领域都有广阔的应用前景。按树脂的种类可分为：水性丙烯酸涂料、水性环氧涂料、水性醇酸涂料、水性聚氨酯涂料、水性氨基涂料、水性氟碳涂料、电泳漆、水性无机涂料等，由于水的极性和表面张力的影响，水性涂料的生产， 储运和施工中需添加适当的助剂用于分散、消泡、防沉等。常用的助剂有：颜填料润湿剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂、消光剂、增稠剂、基材润湿剂、防腐防霉剂、表面控制剂、蜡粉和蜡乳液、漆膜消光剂、腐蚀抑制剂等。

1 助剂及在水性涂料中的应用 1.1 颜填料润湿分散剂 润湿分散剂的作用是减少完成分散过程所需的时间或能量，并使颜料稳定分散[3]。在润湿过程中，出现润湿缓慢的原因：①涂料黏度高；②颜料粒子的间隙较小；③扩散压力小。涂料黏度的降低有一定限度，因此要利用润湿分散剂来降低颜料和漆料之间的表面张力，缩小接触角，提高润湿效率。 水性涂料中常用的润湿分散剂可分为： ①传统型，如聚丙烯酸盐类、聚羧酸盐类等。这类分散剂具有优异的降黏效果和贮存稳定性；②阴离子型，包括磺酸盐类、硫酸酯类、油酸丁基酯等；③非离子型，包括乙二醇聚氧乙烯烷基酯、烷基醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、炔二醇等，特点是价格便宜，但添加量较大，且对其他组分的性能影响较大，主要用于低端水性涂料；④聚合物型，对有机和无机颜料及炭黑的分散效果好，降黏效果优异、贮存稳定性和的耐化学性好。适用于水性工业涂料及工业用水性色浆；⑤复合型表面活性剂，兼具润湿和分散的效果，具有优异的展色性、通用性与贮存稳定性。 颜填料润湿分散剂的选择标准：降低表面张力效率高，低气泡，不稳泡，与体系其它组分相容性好，用量小，对水的敏感性低，不会引起重涂和附着力下降的问题。 1.2 成膜助剂 成膜助剂的作用是为成膜提供场地，是高沸点溶剂。在高固体份涂料中， 成膜助剂的用量加大会使胶粒溶胀，造成黏度上升， 甚至破乳，报废。 成膜助剂可分为: ①醇酯类（如醇酯-12）；②醇类（如苯甲醇、乙二醇、丙二醇等）；③醇醚酯类(如3-乙氧基丙酸乙酯、己二醇丁醚醋酸酯等) ； ④醇醚类（乙二醇丁醚、丙二醇醚、丙二醇苯醚等）。 成膜助剂优劣的判定方法是测定乳液的最低成膜温度。 成膜助剂的选择依据： 首先是聚合物的强溶剂,对水性树脂相容性好，成膜效率高；对乳液的稳定性无不利影响； 气味低、加量少、具有一定的挥发性；便于施工；能降低水性树脂的最低成膜温度；不影响漆膜的外观和光泽；水解稳定性好；在水中的溶解度小；挥发速度应低于水和乙醇；有优良的聚结性能，能吸附在乳胶粒子表面； 在成膜前保留在涂料涂层中，成膜后可完全挥发，不影响涂膜性能。 1.3 基材润湿剂 基材润湿是指基材表面的空气被液体涂料所取代的过程[5]，要实现良好的润湿、铺展效果，必须选择适当的基材润湿剂，保证液体涂料的表面张力小于基材的临界面张力。通常是氟碳或者氟碳改性的物质和其他能够改善底材润湿能力的物质。 底材润湿剂可分为有机氟、有机硅和炔二醇类。有机氟和有机硅可以强烈降低静态表面张力，对于难润湿的基材如塑料有很好的润湿效果。树脂在涂覆的过程中，处于应力的作用下，这时动态表面张力越低，越有利于润湿。炔二醇及其衍生物的动态表面张力较低，润湿速度快。有机硅类分为三硅氧烷结构和非三硅氧烷结构，前者的表面张力可降至21，但pH 超出6~8 易发生异构化反应而失效； 后者的表面张力一般可以降至23~24，且pH 范围较广。 基材润湿剂的选择依据：① 在低添加量下大幅降低表面张力；② 对漆膜的耐水性没有不良影响；③ 即使在非常快速的施工条件下也能保持低的动态表面张力；④ 增加对底材的润湿性和渗透性，促进层间的附着力；⑤容易添加；⑥出色的性价比。 1.4 消泡剂 水性涂料比溶剂性涂料更易产生气泡。水性涂料泡沫产生的原因：基料本身易起泡，各类助剂的相容性及相互作用对泡沫的产生及稳定有很大影响，生产和施工带入气泡，增稠剂的使用等。 消泡剂的作用机理：渗透到由表面活性物质所形成的薄层中，通过降低表面张力，破坏薄层的稳定性，从而达到消泡的目的。 水性漆中使用的消泡剂有：①金属皂、矿物油蜡类：主要应用于高PVC 体系的工业底漆中。在光泽要求很高的涂料中，影响透明性；②复合型消泡剂：矿物油/疏水粒子/ 有机硅，优点是相容性好，漆膜缺陷少；③有机硅类消泡剂： 聚硅氧烷和聚醚改性有机硅类。特点是抑泡能力强与热稳定性好， 与体系相容性好，漆膜缺陷少， 不影响重涂； ④聚醚嵌段型消泡剂。特点是相容性好，漆膜缺陷少，不影响光泽，但抑泡性能较弱，主要用于清漆和高光体系。 评估消泡剂的方法：鼓泡法、比重法、辊涂法和摇泡法[7]，在色漆中主要用比重法来测定消泡抑泡能力。消泡能力的检测方法：高速搅拌法。固定转速、搅拌时间、用量、黏度、等参数，然后比较泡沫的高度及消除的时间。消泡剂应根据树脂种类、其它助剂和配方体系，结合生产工艺和施工方式，通过实验进行筛选。总体的原则是①消泡能力强；②稳定性好；③不影响光泽；④无重涂障碍。 消泡剂的用量和加入方法：水溶性涂料和低黏度乳胶漆中用量为0.01%~0.2%， 高黏度的乳胶漆用量为0.3%~1.0%，其他水性涂料用量为0.1%左右。消泡剂一般不能直接加入到已稀释的水性涂料中，需在黏度较高时加入，并有良好的分散。在水性体系中，含有机硅成分的消泡剂抑泡效果明显， 可在生产阶段消泡； 水分散性好或含疏水颗粒的消泡剂破泡效果显著，在施工阶段消泡效果显著，通常分散阶段加1/3~1/2，涂料调配阶段加2/3~1/2。 选择消泡剂的关键：消泡剂与体系有合适的相容不相容平衡。如果消泡剂与体系完全相容，那么它就不能较好地渗透到薄层中，消泡效果就不理想；如果两者相容性太差，虽然可以达到消泡的目的，但可能引起表面缺陷。 1.5 增稠剂 增稠剂的作用：使涂料具有适当的黏度以改善其施工性能、流平性能及贮存稳定性；保证涂刷的厚度达到防腐要求； 在制备浆料时, 增稠剂加强了剪切作用, 有利于颜填料的分散。 常用的增稠剂可分为: ①纤维素醚类： 优点是增稠效率高，贮存稳定性好，相容性好，抗流挂等。缺点是易腐败长霉, 流平性差；② 聚氨酯类增稠剂：优点是相对分子质量低，辊涂时不易产生飞溅，能与乳胶粒子缔合，不会产生絮凝，流平性好，光泽度高，疏水性、耐洗刷稳定性、耐划伤性及生物稳定性好；③聚丙烯酸酯（ 如ASE 1135), 抗霉菌侵袭性好，但对pH 比较敏感，在pH 为8 ～ 10 时, 增稠效果好；但pH 大于10 时, 溶于水, 失去增稠作用。使用此类增稠剂时，用有机胺做中和剂可减少pH 的影响；④无机增稠剂（如钠基膨润土，凹凸棒土，二氧化硅，蒙脱土等)，能在水体系中形成触变性的凝胶体， 限制水的流动，从而产生触变增稠作用。其增稠效果好于等量的聚氨酯类增稠剂和碱溶胀丙烯酸类。还能防浮色发花、防沉、防流挂,还具有广泛的pH 适应性, 良好的冻融稳定性和生物稳定性，主要应用于水性建筑涂料。纤维素和碱溶胀增稠剂侧重于水相增稠，而聚氨酯侧重于乳液相增稠。 1.6 消光剂 水性涂料消光以超细二氧化硅（又称硅微粉）为主，无定型二氧化硅是高档涂料消光剂的首选，折射率为1.46。消光粉的孔隙率和粒度对消光效果影响很大，常用的消光粉孔隙率在1.2~2.0 mL/g 之间，粒度范围为3~7 μm，5 μm 左右消光效果最好。 水性涂料中消光剂的选择标准：①消光剂的折射率应尽量接近成膜树脂的折射率（1.4~1.6）；②具有耐磨，抗划痕性；③有良好的分散和再分散性能。 消光效果的影响因素： ①消光粉的粒径越大，消光效果越好。但粒径应与涂层膜厚相适应，粒径远大于膜厚的消光效果并不好，而且会恶化漆膜的外观和触感；②消光粉的孔隙率越大，消光效果越好；③经有机物处理后的消光粉相容性好， 但会减弱消光效果；④不同树脂体系效果也有差别，聚氨酯涂料比丙烯酸涂料难消光。 消光粉用量越大，漆膜的透明性越差，粒径大的消光粉对透明性的影响也越大。细粒度的消光粉防沉性好。

2 助剂的选用技巧 充分发挥助剂的应用特性， 运用助剂的选择性，敏感性，协同效应，凸显效应和特性叠加效应等应用特性，选配适宜的匹配助剂体系，是选用助剂的关键技术。在助剂的应用过程中，应主动发掘利用新型助剂，环境友好助剂及匹配助剂，克服对现有助剂的依赖。应用匹配助剂时应充分发挥匹配助剂体系的正效应，还应保证匹配助剂体系的稳定性。助剂应用应特别注意的是助剂之间的相互作用、助剂与涂料各组分间的相互作用与制约。助剂选用的前提是保持参与匹配助剂的本质特性和涂料体系的稳定性。 选用助剂时应考虑颜填料的特性、分散介质的性质、各组分间的相互作用，以及外界条件的影响，把助剂的负面作用降至最低。根据不同涂料品种，涂料生产、储运及施工要求，通过试验比较，确定助剂品种、添加量及加入方式。合理确定涂料及涂膜性能与助剂品种及用量的关系，找到性能与助剂量间的最佳平衡点。

3 结语 未来水性涂料用助剂的研究方向是高效，安全，环保，易施工。性能也朝着复合化的方向发展，在保障一种性能的同时，还可改善其他性能。加强硅改性和氟改性系列助剂的开发和应用，将是今后助剂行业的发展方向。水性涂料助剂行业的发展对水性涂料行业的发展有很大的制约作用，助剂的合理选用、准确、适量地使用尤为重要。