概要

一、濕潤分散劑

二、消泡劑

三、增稠劑

四、成膜助劑

五、其它助劑

濕潤分散劑

水性涂料是以水為溶劑或分散介質(zhì)，水的介電常數(shù)大，所以水性涂料主要是通過雙電層重疊時(shí)的靜電斥力來穩(wěn)定的。另外，水性涂料體系中，也往往有高聚物和非離子型表面活性劑，它們吸附在顏料填料表面上，形成空間位阻而使分散體穩(wěn)定。所以水性涂料和乳液是以靜電斥力和空間位阻二者共同作用而達(dá)到穩(wěn)定結(jié)果的。其缺點(diǎn)是抗電解質(zhì)性差，尤其是對高價(jià)的電解質(zhì)。

1.1濕潤劑

水性涂料用濕潤劑分陰離子型和非離子型。

濕潤劑和分散劑配合使用能取得理想的結(jié)果。濕潤劑的用量一般為千分之幾。其負(fù)作用是起泡和降低涂膜的耐水性。

濕潤劑的發(fā)展趨勢之一是逐步取代聚氧乙烯烷基（苯）酚醚（APEO或APE）類濕潤劑，原因是其導(dǎo)致大白鼠雄性激素減少，干擾內(nèi)分泌等。在乳液聚合時(shí)，聚氧乙烯烷基（苯）酚醚被廣泛用作乳化劑。

雙胞表面活性劑也是新發(fā)展。它是由間隔基連接的兩個(gè)雙親分子。雙胞表面活性劑最顯著的特點(diǎn)是臨界膠束濃度（CMC）比其“單胞”表面活性劑低一個(gè)多數(shù)量級，其次是高效。如TEGO Twin 4000，它就是雙胞硅氧烷表面活性劑，并具有不穩(wěn)泡和消泡性。

Air Products 開發(fā)了雙胞表面活性劑（Gemini surfactants）。傳統(tǒng)的表面活性劑具有一個(gè)疏水基的尾和一個(gè)親水基的頭，而這種新表面活性劑卻具有二個(gè)親水基和二個(gè)或三個(gè)疏水基，是一種多功能表面活性劑，稱為乙炔二醇類，產(chǎn)品如EnviroGem AD01。

1.2分散劑

乳膠漆用分散劑分為四大類：磷酸鹽類分散劑、多元酸均聚物分散劑、多元酸共聚物分散劑和其他類分散劑。

磷酸鹽類分散劑中用得最多的是聚磷酸鹽，如六偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉（Calgon N，德國BK Giulini化學(xué)公司產(chǎn)品）、三聚磷酸鉀（KTPP）和焦磷酸四鉀（TKPP）。其作用的機(jī)理是通過氫鍵和化學(xué)吸附，起靜電斥力穩(wěn)定作用。其優(yōu)點(diǎn)是用量低，約0.1%左右，對無機(jī)顏料和填料分散效果好。但也存在不足之處：一是隨著PH值和溫度的升高，多聚磷酸鹽容易水解，造成長期貯存穩(wěn)定性不良；二是多聚磷酸鹽在乙二醇、丙二醇等二醇類溶劑中不完全溶解，會影響有光乳膠漆的光澤。

據(jù)報(bào)道，磷酸酯分散劑是單酯、雙酯、殘余醇和磷酸組成的混合物，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。

圖1 磷酸酯分散劑

磷酸酯分散劑能穩(wěn)定顏料分散體，包括活性顏料，如氧化鋅。在有光涂料配方中，能提高光澤和擦凈性。不同于其他濕潤分散劑，加入磷酸酯分散劑不影響涂料的KU和ICI粘度。

多元酸均聚物分散劑，如Tamol 1254和Tamol 850，Tamol 850是甲基丙烯酸均聚物。多元酸共聚物分散劑，如Orotan 731A，它是二異丁烯和馬來酸的共聚物。這二類分散劑的特點(diǎn)是，在顏料和填料表面產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附或錨固作用，具有較長的分子鏈以形成空間位阻，鏈端具有水溶性，有的還輔以靜電斥力，達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)果。要使分散劑具良好的分散性，要嚴(yán)格控制分子量。分子量太小，空間位阻不足；分子量太大，會產(chǎn)生絮凝作用。對于聚丙烯酸鹽類分散劑，聚合度為12-18能達(dá)到的分散效果。

其他類分散劑，如AMP-95，其的化學(xué)名稱是2-氨基-2-甲基1-丙醇。氨基吸附在無機(jī)粒子表面，羥基伸向水中，通過空間位阻起穩(wěn)定作用。由于其分子小，空間位阻作用有限。AMP-95主要是PH調(diào)節(jié)劑。

近些年來，分散劑的研究克服了高分子量會產(chǎn)生絮凝的問題，向高分子量發(fā)展是其趨勢之一。如乳液聚合法生產(chǎn)的高分子量分散劑EFKA-4580，是專為水性工業(yè)涂料而開發(fā)的，適用于有機(jī)和無機(jī)顏料分散,耐水性好。

通過酸堿作用或氫鍵作用，氨基對許多顏料都有很好的親和力。以氨基丙烯酸為錨固基的嵌段共聚分散劑得到重視。如圖2所示。

圖2 以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯為錨固基的分散劑

據(jù)報(bào)道，Tego Dispers 655 濕潤分散劑用于水性汽車漆中，不僅能使顏料定向，而且可阻止鋁粉與水反應(yīng)。

由于對環(huán)境的關(guān)注，發(fā)展了易生物降解的濕潤分散劑，如EnviroGem AE系列雙胞濕潤分散劑，就是一種低泡濕潤分散劑。

消泡劑

傳統(tǒng)水性涂料消泡劑品種很多，一般分為三大類：礦物油類消泡劑、聚硅氧烷類消泡劑和其他類消泡劑。

礦物油類消泡劑使用比較普遍，主要用于平光和半光乳膠漆中。

聚硅氧烷類消泡劑表面張力低，消泡和抑泡能力強(qiáng)，不影響光澤，但使用不當(dāng)時(shí)，會造成涂膜縮孔和重涂性不良等缺陷。

傳統(tǒng)水性涂料消泡劑以與水相不相容而達(dá)到消泡目的的，因此容易產(chǎn)生涂膜表面缺陷。

近幾年，開發(fā)了分子級消泡劑。

這種消泡劑是將消泡活性物質(zhì)直接接枝在載體物質(zhì)上形成聚合物。該聚合物分子鏈上帶有濕潤作用的羥基，消泡活性物質(zhì)分布在分子四周，活性物質(zhì)不易聚集，與涂料體系相容性良好。這類分子級消泡劑有礦物油類---FoamStar A10系列，含硅類----FoamStar A30系列，以及非硅非油聚合物類--- FoamStar MF系列。

另據(jù)報(bào)道，這種分子級消泡劑是以超接枝星形聚合物作為不相容表面活性劑，在水性涂料應(yīng)用中取得很好結(jié)果。Stout等報(bào)道的Air Products分子級消泡劑，是乙炔二醇類的，兼具濕潤性的控泡劑和消泡劑，如Surfynol MD 20和Surfynol DF 37等。

此外，為了滿足生產(chǎn)零—VOC涂料的需要，也有不含VOC的消泡劑，如Agitan 315、Agitan E 255等。

增稠劑

增稠劑有多種多樣，目前常用的是纖維素醚及其衍生物類增稠劑、締合型堿溶脹增稠劑（HASE）和聚氨酯增稠劑（HEUR）。

3.1、纖維素醚及其衍生物

羥乙基纖維素（HEC）是1932年由Union Carbide公司首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的，至今已有70多年的歷史了。目前，纖維素醚及其衍生物類增稠劑主要有羥乙基纖維素（HEC）、甲基羥乙基纖維素（MHEC）、乙基羥乙基纖維素（EHEC）、甲基羥丙基纖維素（MHPC）、甲基纖維素（MC）和黃原膠等，這些都是非離子增稠劑，同時(shí)屬于非締合型水相增稠劑。其中在乳膠漆中最常用的是HEC，如 Aqualon公司的Natrosol 250 和Union Carbide公司的Cellusize QP等。

疏水改性纖維素（HMHEC）是在纖維素親水骨架上引入少量長鏈?zhǔn)杷榛瑥亩蔀榫喓闲驮龀韯?，如Natrosol Plus Grade 330，331，Cellosize SG-100,Bermocoll EHM-100。其增稠效果可與分子量大得多的纖維素醚增稠劑品種相當(dāng)。它提高了ICI粘度和流平性，降低了表面張力，如HEC的表面張力約為67mN/m，HMHEC的表面張力為55-65mN/m。

3.2、堿溶脹型增稠劑

堿溶脹增稠劑分為兩類：非締合型堿溶脹增稠劑（ASE）和締合型堿溶脹增稠劑（HASE），它們都是陰離子增稠劑。非締合型的ASE是聚丙烯酸鹽堿溶脹型乳液。這類增稠劑如Rohm Haas 公司的 ASE 60和Ciba公司的Viscalex HV-30。締合型HASE是疏水改性的聚丙烯酸鹽堿溶脹型乳液。HASE增稠劑如Nopco公司的SN636，Rohm & Haas公司的TT—935等。但這種增稠劑也有含聚氨酯和不含聚氨酯的兩類。

Elements公司開發(fā)了不含VOC和APEO的HASE增稠劑,如Rheolate 125。據(jù)陶氏公司的Olesen等介紹，在配色漆時(shí)，當(dāng)色漿用量約為4%-8%時(shí)，加入色漿后涂料的斯托默粘度約下降30KU-40KU，從而造成相同品種不同顏色涂料粘度不一致、流掛和貯存穩(wěn)定性下降等問題。而專門開發(fā)的HASE增稠劑UCAR POLYPHONE T-900和T-901卻對加入色漿不敏感，因此適用于待配色涂料和基礎(chǔ)漆的增稠。對于醋丙乳膠漆，可單獨(dú)用UCAR POLYPHONE T-900，或以UCAR POLYPHONE T-900為主，加少量UCAR POLYPHONE T-901。對于細(xì)粒徑的純丙和苯丙乳膠漆，應(yīng)以UCAR POLYPHONE T-901為主，配少量UCAR POLYPHONE T-900。

3.3、聚氨酯增稠劑和疏水改性非聚氨酯增稠劑

聚氨酯增稠劑簡稱HEUR，是一種疏水基團(tuán)改性的乙氧基聚氨酯水溶性聚合物，屬于非離子型締合增稠劑。HEUR是由疏水基團(tuán)、親水鏈和聚氨酯基團(tuán)三部分組成。疏水基團(tuán)起締合作用，是增稠的決定因素，通常是油基、十八烷基、十二烷苯基、壬酚基等。親水鏈能提供化學(xué)穩(wěn)定性和粘度穩(wěn)定性，常用的是聚醚，如聚氧乙烯及其衍生物。HEUR分子鏈?zhǔn)峭ㄟ^聚氨酯基團(tuán)來擴(kuò)展的，所用聚氨酯基團(tuán)有IPDI、TDI和HMDI等。締合型增稠劑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是疏水基封端。但有些市售HEUR兩端疏水基取代度低于0.9，好的也只1.7。應(yīng)嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，以獲得分子量分布窄的和性能穩(wěn)定的聚氨酯增稠劑。大多數(shù)HEUR是通過逐步聚合法合成的，因此市售HEUR一般是寬分子量的混合物。

Richey等用熒光示蹤芘締合增稠劑(PAT，數(shù)均分子量30000，重均分子量60000)研究發(fā)現(xiàn)，在濃度0.02%（重量）時(shí)，Acrysol RM-825和PAT的膠束聚集度約為6；增稠劑和乳膠粒表面的締合能約為25 KJ/mol；每個(gè)PAT增稠劑分子在乳膠粒表面所占面積約為13 nm2,約是Triton X-405濕潤劑所占面積0.9 nm2的14倍。締合型聚氨酯增稠劑如RM-2020NPR、DSX 1550等。

環(huán)境友好的締合型聚氨酯增稠劑開發(fā)受到普遍重視，如BYK-425是不含VOC和APEO的脲改性聚氨酯增稠劑，Rheolate 210、Borchi Gel 0434、Tego ViscoPlus 3010、3030及3060等都是不含VOC和APEO的締合型聚氨酯增稠劑。

除了上面介紹的線性締合型聚氨酯增稠劑，還有梳狀締合聚氨酯增稠劑。所謂梳狀締合聚氨酯增稠劑是指每個(gè)增稠劑分子中間還有垂掛的疏水基。這類增稠劑如SCT-200和SCT-275等。

疏水改性氨基增稠劑（hydrophobically modified ethoxylated aminoplast thickener—HEAT）將特種氨基樹脂變成可接4個(gè)封端疏水基，但這四個(gè)反應(yīng)點(diǎn)的活性是不一樣的。在正常的疏水基加量時(shí)，也只有2個(gè)接上封端疏水基，這樣合成的疏水改性氨基增稠劑和HEUR沒有多大區(qū)別，如Optiflo H 500，見圖3。若加入較多的疏水基，如達(dá)8%，調(diào)節(jié)反應(yīng)條件，可生產(chǎn)出具有多個(gè)封端疏水基的氨基增稠劑。當(dāng)然，這也是一種梳狀增稠劑。這種疏水改性氨基增稠劑能防止配色時(shí)，由于加入色漿，帶入大量表面活性劑和二醇類溶劑，而造成涂料粘度下降問題。原因是強(qiáng)疏水基能阻止解吸，以及多疏水基有強(qiáng)締合作用。這種增稠劑如Optiflo TVS。

疏水改性聚醚增稠劑（HMPE） 疏水改性聚醚增稠劑的性能與HEUR相似，產(chǎn)品有Hercules的Aquaflow NLS200、NLS210和NHS300。改性聚脲增稠劑是BYK公司開發(fā)的增稠劑，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。它的增稠機(jī)理是既有氫鍵的作用，也有端基的締合作用。與一般增稠劑比較，它的防沉降和抗流掛性能好。根據(jù)端基的不同極性，改性聚脲增稠劑可分為三種：低極性聚脲增稠劑、中極性聚脲增稠劑和高極性聚脲增稠劑。前二種用于溶劑型涂料增稠，而高極性聚脲增稠劑既可用于高極性溶劑型涂料中，也可用于水性涂料增稠。低極性、中極性和高極性聚脲增稠劑的商品分別如BYK-411、BYK-410和BYK-420。