高性能助劑在水性工業(yè)涂料中的應(yīng)用
------潤(rùn)濕分散劑與消泡劑
2011/9/1 海名斯特殊化學(xué) 作者：王全義 馬 虹
0 引言
隨著當(dāng)前全球環(huán)境進(jìn)一步惡化，人們對(duì)環(huán)保的呼聲越來(lái)越高，涂料行業(yè)，特別是水性工業(yè)涂料也同樣面臨綠色革命。
水性工業(yè)涂料能否真正得到充分地發(fā)展和應(yīng)用，有待其整體性能的提高，如耐候性、耐水性、硬度、耐磨性、耐化學(xué)性等等。除各類水性樹脂和乳液外，各類水性助劑對(duì)于優(yōu)化水性工業(yè)涂料配方來(lái)說(shuō)尤為重要。
按照體系來(lái)說(shuō)，水性工業(yè)涂料主要包括水性醇酸涂料、水性環(huán)氧涂料、水性丙烯酸或苯丙涂料、水性聚氨酯涂料、水性氟碳涂料、水性丙烯酸氨基涂料、水性聚酯氨基涂料，其應(yīng)用領(lǐng)域主要有木器、塑膠、防腐、汽車等。
通常，水性工業(yè)涂料用助劑主要分為：潤(rùn)濕分散劑、消泡劑、流變助劑、流平劑、銹蝕抑制劑等。本文將對(duì)潤(rùn)濕分散劑和消泡劑進(jìn)行闡述。

1 潤(rùn)濕分散劑
潤(rùn)濕分散是制漆過程中非常重要的工序，潤(rùn)濕分散劑的應(yīng)用是否恰當(dāng)，直接關(guān)系到顏填料的分散效率、顏料漿的黏度與流動(dòng)性、展色性、貯存狀態(tài)、漆膜光澤、遮蓋力、耐化學(xué)品性、耐水性等等。
嚴(yán)格來(lái)講，顏填料的分散具體可分為：潤(rùn)濕、分散和穩(wěn)定過程。潤(rùn)濕是指潤(rùn)濕劑降低水/ 樹脂等介質(zhì)和顏料之間表面張力的過程，而分散是借助機(jī)械外力把原本團(tuán)聚在一起的顏料粒子打開形成穩(wěn)定狀態(tài)，并防止其再次絮凝的過程。潤(rùn)濕劑主要用來(lái)降低體系的表面張力，涂料中多使用非離子型和陰離子型潤(rùn)濕劑。分散劑則吸附在顏料表面產(chǎn)生電荷斥力和空間位阻作用，防止顏料的再度絮凝，使分散體保持穩(wěn)定狀態(tài)。目前，涂料中常用的潤(rùn)濕分散劑主要分為：
● 陰離子型，包括磺酸琥珀酸鹽類、十二烷基磺酸鹽類、硫酸月桂酯、油酸丁基酯硫酸化物等，如NUOSPERSE? FA 182，NUOSPERSE? FA-115，NUOSPERSE? FA 620。
● 非離子型，包括烷基酚聚氧乙烯醚、烷基醇聚氧乙烯醚、乙二醇聚氧乙烯烷基酯、乙炔乙二醇等等，如 NUOSPERSE? FN 265，NUOSPERSE ? FX 365，Disponer W-9700。
● 復(fù)合型表面活性劑，兼具潤(rùn)濕和分散的效果，具有優(yōu)異的通用性能、展色性與貯存穩(wěn)定性，如NUOSPERSE? W-22，NUOSPERSE ? W-28，NUOSPERSE? W-30，NUOSPERSE? W-33 等。
● 傳統(tǒng)型分散劑，如聚丙烯酸鹽類、聚羧酸鹽類等。這類分散劑具有優(yōu)異的降黏效果和貯存穩(wěn)定性，如NUOSPERSE? FX 504，NUOSPERSE? FX 605。
● 聚合物型分散劑，對(duì)無(wú)機(jī)及有機(jī)顏料和炭黑的分散效果良好，具有優(yōu)異的降黏效果、良好的貯存穩(wěn)定性和優(yōu)異的耐化學(xué)性。如NUOSPERSE? FX 600，適用于水性工業(yè)涂料及工業(yè)用水性色漿。
以下以聚合型分散劑為例，從研磨效率、黏度、貯存穩(wěn)定性、展色性、光澤，耐腐蝕性和耐水性等多方面來(lái)評(píng)估其在水性工業(yè)漆中的應(yīng)用。

1.1 聚合型潤(rùn)濕分散劑在水性工業(yè)色漿中的應(yīng)用
水性工業(yè)色漿配方見表1。其性能測(cè)試結(jié)果見表2。


由表2 可見：聚合物型分散劑NUOSPERSE? FX600 配用NUOSPERSE? FX 365，在制備水性工業(yè)色漿時(shí)可以提供很好的潤(rùn)濕分散效果及貯存穩(wěn)定性。其中，鋰蒙脫石類型流變助劑的應(yīng)用有助于色漿貯存過程中防沉性能的提高，同時(shí)賦予色漿良好的流動(dòng)狀態(tài)。

1.2 聚合型潤(rùn)濕分散劑在水性黑色金屬漆中的應(yīng)用
按表3 配方，預(yù)先研磨含量為25% 的2500# 炭黑色漿，分別使用NUOSPERSE? FX600 配用NUOSPERSE?FX365 進(jìn)行研磨，不同時(shí)間段檢測(cè)炭黑色漿的細(xì)度，結(jié)果見表4。


由表4可見：NUOSPERSE? FX600配用NUOSPERSE?FX 365 與對(duì)照樣相比，對(duì)2500# 炭黑有更好的潤(rùn)濕分散效果。
用制備好的2500# 炭黑色漿來(lái)制備黑色金屬漆，配方見表5。


將制備好的黑色金屬漆制成濕膜厚度為100 μm的漆膜，常溫干燥24 h 后，檢測(cè)漆膜色相和光澤，結(jié)果見表6。

從表6可見：NUOSPERSE? FX600配用NUOSPERSE?FX365，可得到更好的展色性和光澤。漆膜耐水性測(cè)試：將涂料噴涂在馬口鐵板底材上，常溫干燥7 d，然后放入水中浸泡，觀察漆膜有無(wú)發(fā)白、變軟、起泡等現(xiàn)象。經(jīng)過24 h 的浸泡發(fā)現(xiàn)：FX365/600 和對(duì)照樣兩個(gè)樣板的漆膜耐水性均良好。
另外，需要說(shuō)明的是：有部分潤(rùn)濕分散劑殘留在漆膜中可能會(huì)影響漆膜的耐腐蝕性，這點(diǎn)在水性防腐涂料中尤其重要。NUOSPERSE? FX600 在抗腐蝕方面效果較好。

1.3 聚合型潤(rùn)濕分散劑在水性防腐底漆中的應(yīng)用
采用NUOSPERSE? FX600 制備水性防腐底漆（配方見表7），并進(jìn)行360 h 的耐鹽霧測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果（ 圖1）表明：NUOSPERSE? FX600 不會(huì)影響漆膜的耐腐蝕性。


1.4 聚合型潤(rùn)濕分散劑在水性工業(yè)烤漆中的應(yīng)用在下列不同的丙烯酸氨基烤漆體系（24%TiO2）中，評(píng)估潤(rùn)濕分散劑對(duì)漆膜光澤的影響（圖2）：
（1） Primal AC 1533/Cymel 303 ；
（2） NeoCryl XK 69/Cymel 3033 ；
（3） NeoCryl XK 69/Maprenal MF 900。

2 消泡劑
水性工業(yè)漆中使用的消泡劑主要有：
● 傳統(tǒng)型消泡劑：礦物油蠟、金屬皂類等。此類消泡劑主要用于水性建筑涂料，特別是高PVC 體系中。由于其同乳液的相容性較差，流平性不佳，所以一般建議使用在高顏填料含量的工業(yè)底漆中。如DAPRO? DF 7005，DAPRO? DF 4164。
● 聚醚嵌段型消泡劑：此類消泡劑具有優(yōu)異的相容性，較少的漆膜缺陷，不影響光澤和霧影。如DAPRO? DF 1760，DARPO? DF 7580，DAPRO? DF1492，DAPRO? DF 3163。
● 有機(jī)硅類消泡劑：主要包括乳液型聚硅氧烷和聚醚改性有機(jī)硅消泡劑兩種。這類消泡劑具有極佳的抑泡能力與熱穩(wěn)定性能，在水性工業(yè)漆中較為常用。如DAPRO? DF 1181，Defom W-0506。
● 復(fù)合型消泡劑：礦物油/ 蠟/ 有機(jī)硅，礦物油/疏水粒子/ 有機(jī)硅，有機(jī)硅/ 疏水粒子等等，這類消泡劑具有優(yōu)異的通用性和相容性，較少的漆膜缺陷。如DAPRO? DF 2162，DAPRO? DF 7015。
在消泡劑的選擇上，應(yīng)根據(jù)具體配方體系、樹脂、其它添加劑，結(jié)合生產(chǎn)工藝以及施工方式，通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行篩選。通常，針對(duì)評(píng)估消泡劑的方法，主要有鼓泡法、搖泡法、比重法、輥涂法。在色漆中主要側(cè)重于比重法來(lái)測(cè)定消泡抑泡能力，同時(shí)輔以實(shí)際施工來(lái)確定其具體性能。

2.1 水性環(huán)氧清漆中的應(yīng)用（鼓泡法選擇消泡劑）在清漆的配方體系中，表面活性劑的加量相對(duì)色漆少很多，其制備過程中通常剪切速率不高。因此，應(yīng)用于此體系的消泡劑，除了優(yōu)異的消泡能力，需同時(shí)兼?zhèn)鋬?yōu)異的相容性、光澤，且對(duì)漆膜的流平性影響較少等特點(diǎn)。
環(huán)氧清漆配方如下：
原材料 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
A 組分
環(huán)氧樹脂 99.5
消泡劑 0.2
Levaslip W-469（流平劑） 0.3
總計(jì) 100.0

B 組分
固化劑 80.0
水 20.0
總計(jì) 100.0
組分A/ 組分B=2.7/1。
將組分A 按照同樣體積裝入量筒，使用氣泡發(fā)生器同時(shí)向量筒內(nèi)通入空氣，30 min 后，觀察氣泡高度。環(huán)氧清漆體系測(cè)試結(jié)果見表8。

將組分A 和組分B 按比例攪拌均勻，制備100 μm濕膜，觀察消泡劑和體系的相容性，結(jié)果見圖3。

上述結(jié)果表明：在該環(huán)氧清漆體系中，DAPRO?DF1760、DAPRO? DF1492 和DAPRO? DF3163 既可達(dá)到理想的消泡效果，同時(shí)與體系相容性好。而其它消泡劑雖然也有很好的消泡能力，但是與清漆體系相容性較弱，而造成漆膜缺陷，因此不建議使用。

2.2 環(huán)氧色漆中的應(yīng)用（比重法選擇消泡劑）
色漆由于成分復(fù)雜，表面活性劑的含量相對(duì)較高，在制備和研磨過程中多使用極高的剪切速率，因此相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)消泡劑的抑泡能力要求更高。同時(shí)，要求盡量不影響漆膜的表面流平。
白色水性環(huán)氧底漆配方見表9。

組分A/ 組分B = 5.3/1。
將組分A 以3 000 r/min 高速分散10 min，即刻測(cè)量比重，然后在室溫下靜置24 h，再次測(cè)量比重，結(jié)果見表10。

將組分A 和B 按比例攪拌均勻，制膜，觀察消泡劑與體系的相容性，見圖4。

上述結(jié)果表明：有機(jī)硅類抑泡劑DAPRO?DF1181 和復(fù)合型消泡劑DAPRO? DF2162 、DAPRO?DF7015 具有最佳的抑泡與消泡能力，同時(shí)與該體系有良好的相容性，漆膜缺陷較少。而聚醚嵌段型消泡劑在體系中的抑泡性能較弱，所以不建議在色漆中使用，而大多用于清漆體系和高光體系中。

3 結(jié)語(yǔ)
本文主要討論了聚合型潤(rùn)濕分散劑和高性能消泡劑在水性工業(yè)涂料中的應(yīng)用。在水性工業(yè)涂料中，除此外，水性流變助劑和表面張力調(diào)整劑也非常重要，我們將在后續(xù)篇章里，繼續(xù)重點(diǎn)介紹各類流變助劑、表面張力調(diào)整劑等其它助劑的應(yīng)用。