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表面活性劑在涂料中的應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-07-02  瀏覽次數:1243
核心提示:潤濕分散劑:顏料的研磨與分散過程是制造涂料的主要工序,大約80%的電能和工時消耗在該工序上。選擇合適的顏料潤濕分散劑,可以

潤濕分散劑:顏料的研磨與分散過程是制造涂料的主要工序,大約80%的電能和工時消耗在該工序上。選擇合適的顏料潤濕分散劑,可以縮短工時,得到顏料分散程度均勻一致的色漿,提高涂料的貯存穩定性,改善涂膜狀態,提高紫外線的吸收和反射能力,增加顏料的耐候性和耐化學藥品性。

1為了獲得良好的涂料分散體系,可以使用某些表面活性劑來增強顏料的潤濕和穩定作用。表面活性劑能吸附在顏料表面,從而改變顏料的表面性能,使顏料的潤濕和分散過程容易進行。潤濕是改變顏料表面性能的過程,除掉表面吸附的水和空氣,改變其極性,降低液-固之間界面張力和接觸角,增加顏料和漆料的親合力,縮短顏料在漆料中的研磨分散時間,通過粉碎形成顏料細小顆粒的懸浮體。在無外力作用下,要保持顆粒穩定的分散狀態,就必須加入一定量的分散劑,分散劑吸附在顏料微粒的表面,通過形成雙電層、物理屏蔽作用、氫鍵作用、偶極作用,防止分散了的顏料粒子再度聚集,使其在分散體系中處于穩定的懸浮狀態。潤濕劑和分散劑的作用有時很難區分,同一種產品常兼具潤濕和分散雙重作用。

2潤濕分散劑的種類:不同類型的涂料,所用的潤濕分散劑分子結構也不相同,其中水性涂料和溶劑型涂料所用潤濕分散劑最具代表性。

(1)水性涂料用潤濕分散劑 水性涂料是以水為溶劑或分散介質的涂料。在制備這類涂料的過程中,若采用多種顏料,常因其物理性質差別較大,制得的漿料靠強烈攪拌也只能暫時分散均勻,在貯存和使用過程中常發生顏料沉淀和浮色等現象,為解決這些問題,就需要在涂料制備過程中加入表面活性劑,以提高體系分散穩定性。在水性涂料中使用的潤濕劑包括陰離子型、陽離子型、非離子型表面活性劑。陰離子型表面活性劑有:二烷基(辛基、丁基、己基)磺基琥珀酸鹽、蓖麻油硫酸化合物、十二烷基磺酸鈉、烷基萘磺酸鈉、硫酸月桂脂、油酸丁基酯硫酸化合物等;陽離子型表面活性劑有:烷基吡啶鹽氯化物等;非離子型表面活性劑有: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。分散劑包括陰離子型、陽離子型、非離子型表面活性劑。陰離子型表面活性劑有:烷基磺基琥珀酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、脂肪酸胺衍生物硫酸酯、蓖麻油硫酸化合物等;陽離子表面活性劑有:烷基吡啶鎓氯化物、三甲基硬脂酸酰胺氯化物等;非離子表面活性劑有:烷基酚聚氧乙烯醚、山梨糖醇烷基化合物等。另外,還有聚羧酸鹽、聚丙烯酸衍生物、聚甲基丙烯酸衍生物等高分子表面活性劑。

(2)溶劑型涂料用潤濕分散劑 溶劑型涂料使用的潤濕分散劑大部分屬于高分子聚合物類表面活性劑。包括天然高分子類(如卵磷脂)、合成高分子類(如長鏈聚酯的酸和多氨基鹽、聚丙烯酸衍生物、聚醚衍生物等)。

2.1.2.2消泡劑

1.泡沫產生的原因

(1)表面活性劑的使用。在涂料制造中,需加入各種助劑,其中潤濕劑、分散劑、流平劑、乳化劑、防沉淀劑等,都是表面活性劑,這些物質本身能產生穩定的泡沫,就使得泡沫的產生具備了客觀條件。

(2)在涂料制造過程和涂裝過程中,大量采用高速、省力、自動化程度高的設備和施工技術,使涂料體系內部發生紊流、飛濺、沖擊、氣窩的概率增大,有助于泡沫的產生。

(3)化學反應產生氣泡,如聚氨脂涂料中若混入微量水,水與異菁酸酯發生反應會生成二氧化碳氣體,在漆膜中出現小泡和針孔。

(4)在有孔隙的底材上涂裝,孔隙內的空氣自涂膜內部上溢,若氣泡上升不到表面,就會留在涂膜中形成魚眼,若上升到表面,就會形成縮孔和針眼。

2.消泡劑的種類

消泡劑既有抑制泡沫產生的作用,又有消除泡沫的作用。一種合格的消泡劑本身具有較低的表面張力,而且表面張力越小,消泡效果越好;同時消泡劑還應具有一定的親水性,使其不溶于發泡介質之中,又能很好地進行分散;此外,消泡劑不能影響乳液的穩定性。因此,大部分消泡劑是表面活性低,HLB值低,不溶于發泡介質的表面活性劑。

在涂料工業中,消泡劑的用量不大,但專用性很強。水性涂料中用的消泡劑有:礦物油、脂肪酸低級醇酯、高級醇、高級脂肪酸、高級脂肪酸金屬皂、高級脂肪酸甘油脂、高級脂肪酸酰胺、高級脂肪酸和多乙烯多胺的衍生物、丙二醇與環氧乙烷的加聚物、有機磷酸酯、有機硅樹脂等。

溶劑型涂料用的消泡劑有:低級醇、高級脂肪金屬皂、低級烷基磷酸酯、有機硅樹脂、改性有機硅樹脂等。

2.1.2.3流平劑

1.條痕效應和流平性

涂料施工后,都有一個流動及干燥成膜的過程,這一過程也叫流平過程。用刷涂、刮涂、滾涂等方法施工的時候,涂料被迫在底材和朝后傾斜的涂布器表面間展開,產生不穩定的流動,因此都會留下明顯的條痕。一般涂層越厚,條痕越寬,涂布器向后傾斜外伸程度越大,條痕越明顯,這種現象稱為條痕效應。流平性較好的涂料,施工后很快流平,形成光滑平整的涂層。而流平性不好的涂料,成膜后會留下明顯的刷痕、橘皮等缺陷,影響外觀。

要使用流平劑改善涂料的流平性,可以考慮兩個方面的因素:①選用可以降低涂料表面張力的活性劑,以提高涂料的流平性;②選用揮發速度慢又能降低涂料施工黏度的溶劑,改善涂料流動性,延長流平時間,達到最終流平。

2.流平劑的種類

根據流平劑的作用方式及化學結構,將流平劑分為以下四類:

(1)高沸點溶劑類 選擇沸點在160℃以上的溶劑,用以調整涂料的溶劑組成,使涂料在干燥過程中具有梯度的揮發速度及溶解力,達到干燥與流平的統一。

(2)有機硅類 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,在流平劑中用量很大。

(3)聚丙烯酸酯類 這是一類用特殊方法合成的丙烯酸酯共聚物,具有比樹脂、漆料低得多的表面張力,能夠改善涂料的流平性。

(4)醋丁纖維素類(CAB) CAB與多種樹脂、溶劑的混溶性較好。作為流平劑,可降低涂料的表面張力。施工后,由于溶劑釋放性好,能大大縮短涂料的表干時間,并迅速遷移到涂料表面,形成單分子膜,從而得到光滑的涂膜。一般CAB丁酰基含量越高,流平性越好。

2.1.2.4乳化劑:以水為分散介質的乳液涂料(又稱乳膠漆),是以聚合乳液為基礎,顏料、填料、助劑分散其中而組成的水性分散體系。由于乳液涂料具有可用水稀釋、施工方便、快干、不燃、低毒、節能、涂膜性能優異等特點,被廣泛用于建筑內外涂料、工業用漆、纖維處理、造紙等多種應用領域,是當前涂料工業發展的重要方向之一。

聚合物乳液是乳液涂料的重要成分,它在很大程度上決定著漆膜的物理、化學及機械性質。乳液聚合過程一般需要單體、水、引發劑、乳化劑四種主要物質。乳化劑在乳液聚合的整個過程中,從膠團形成,自由基引發反應開始,直到分散穩定的聚合物乳液形成為止,都起著不可替代的作用。

1.乳化劑的種類

乳化劑是典型的表面活性劑,陰離子型、陽離子型、兩性、非離子型表面活性劑都可用作乳化劑。

用作乳化劑的陰離子表面活性劑有:烷基醚硫酸鹽、脂肪酸硫酸鹽、烷基磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、烷基胺磺酸鹽、烷基硫酸鹽等;陽離子表面活性劑有:烷基胺鹽、烷基季銨鹽、烷基吡啶鹽等;兩性表面活性劑有:磺酸酯、硫酸酯、磷酸酯;非離子表面活性劑有: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、甘露醇和脫水甘露醇及其脂肪酸酯等。

2.1.2.5抗靜電劑

抗靜電涂料是具有排除積累靜電荷能力的涂料。它的主要作用是:保證裝飾涂層不吸灰塵、耐污染;保證儀器、儀表不受靜電干擾,確保其精確度和靈敏度;消除高空設施上的靜電,防止雷電的損害;有利于靜電的泄漏,防止火災發生。

涂料中加入抗靜電劑,可制備抗靜電涂料。抗靜電劑是表面活性劑,可通過不同的渠道泄漏靜電荷或降低摩擦因數,以抑制靜電荷的產生。一般要求其具有以下特點:防止靜電效果好;防止靜電效果持久;與成膜物質有良好的混溶性;不影響涂料的其他性能。

可以作為抗靜電劑的表面活性劑有:季銨鹽類陽離子表面活性劑,磷酸酯類陰離子表面活性劑,聚氧乙烯非離子表面活性劑。

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