乳胶漆助剂基本知识之一.doc

乳胶漆助剂基本知识之一消泡剂 涂料在生产使用中都会有气泡产生而给生产和施工带来不便和影响，消泡保证生产的产品外观好、保证涂膜表面连续、完整、美观、没有气泡孔、针孔、火山口等表面缺陷，使得涂眼光洁，密封性好。1、什么是泡沫？ 泡沫可定义为液体介质中稳定的气体。液体中不含表面表面活性剂时，气泡会迁移至液体表面，破裂消失，液体中含有表面活性剂时，气泡表面形成膜板，成为稳定的泡沫，膜板的厚度为几个um见图。 气泡产生方式：生产过程中空气的混入；涂料在应用中空气的截留：由于化学反应产生气体（如含异氰酸酯的涂料）。 气泡在涂膜中产生的缺陷：涂膜产生空洞：气泡完全截留在涂膜中形成，如常见的痱子等：针孔、火山口或通道：气泡开口破裂，气泡部分截留所至。、泡沫的生成与稳定 泡沫的生成与液体体系的表面张力（）有关，在某一体系中输入一定的机械功（如搅拌做功），体系则会产生气泡，气泡的总表面积与输入的机械功和体系的表面张力有如下的关系：机械功体系表面张力气泡总表面积 一般分散液在提高值和降低颗粒尺寸时易于产生气泡，涂料生产要达到良好的脱气效果建议粉料投料顺序先添加粗填料，容易增加黏度的填料后添加。泡沫的稳定因素 稳定的膜板液体的流动减慢 膜板液膜表面张力影响气泡膜排液，阻碍气泡膜变薄 膜板周围液体的表现粘度影响消泡剂的渗透、扩散和排液 膜板表面活性剂分子层的静电排斥力（库仑力）阻碍气泡的破裂q1*q2/r 膜板层的吉布斯（ Gibb ）(E=dr/dA)阻碍气泡的破裂。 马兰哥尼效应阻止气泡膜的排液，恢复气泡膜厚度 后三项在气泡受到外界干扰气泡膜变薄后，具有恢复气泡厚度的能力，而稳定泡沫，组织其破裂。不同的表面活性剂气泡能力与稳定气泡能力不一样，表面活性剂的亲水亲油基长短对泡沫的稳定有不一样的影响，C12C14稳泡效果最好（泡沫膜刚性和强度）。 泡与泡沫对涂料膜带来了影响，配方生产要消除这些影响，在涂料制备中要选用良好的消泡物质来脱出生产过程带进涂料中的空气，并在施工过程中保证气泡快速破裂。消泡有两个过程： 气泡排液：泡膜变薄小气泡并成大气泡上升至表面影响气泡排液的因素：体系表面张力，表面张力小、气泡周围液体的表观黏度大，都会阻止气泡排液的进行。P=/R(R为曲率半径) 气泡向空气排放气体，气泡破裂。影响此一过程的因素是气泡的表观粘度和稠密度影响到消泡剂微粒在气泡表面膜上的渗透扩散。消泡过程见图2.4.消泡剂及组成 消泡剂降低液体的表面张力，使涂料因搅拌和使用表面活性物质而产生的大量气泡迅速消失，有些不能用量过大，否则涂膜会出现“发花”、“鱼眼”等弊病。消泡剂任务既是阻止泡的形成和促进泡的破灭，破坏气泡表面面膜，消泡剂用于大泡。微泡则需要脱气、消泡一起并用；消泡剂特点为不溶于介质，但能以微滴形式进入并分散于介质，而微滴最有效直径是泡沫的厚度大小；作为消泡剂要具备两个条件： E=1+12-20,E-渗透系数，1-发泡体系的表面张力，2-消泡剂的表面张力，12-发泡体系与消泡剂间的界面力保证消泡剂能渗入到气泡表面S=1-12-20 S-扩散系数 保证消泡剂间的界面力，保证消泡剂在气泡表面的扩散铺展，最终导致气泡表面张力不均，从而气泡表面的液膜流动，气泡膜变薄、破裂、放出气体。消泡剂组成：（1） 活性成分作用：破泡、消泡，表面张力小；（2） 代表物：动植物油、疏水二氧化硅、高级醇等扩散剂作用：润湿乳化剂，保证消泡剂微滴扩散接触到气泡膜并铺展。代表物：壬（辛）基酚聚氧乙烯醚、皂盐等（3） 截体作用：有助于载体和起泡体系的结合，易于分散到起泡体系里，把两者结合起来，其本身的表面张力低，有助于抑泡，且可以降低成本。代表物：除水以外的溶剂，如脂肪烃、芳香烃、含氧溶剂等5、消泡剂与脱气剂的区别 消泡剂：是指直接消除空气界面较大的气泡。脱气剂：是指在应用中使小气泡迅速上升到表面。消泡过程：消泡剂在涂料中形成小珠扩散到所泡表面降低气泡膜板层的弹性最终使气泡膜板层破裂。 涂料在生产过程中，要求脱气良好，改善涂料外观。脱气途径使小气泡聚并为大气泡，以提高气泡上升速度，加快单个气泡的上升速度。方法可以使用脱气剂，促使小气泡聚并为大气泡，增加气泡的上升速度；配方选择适当的慢干剂，延长漆膜开放时间，使截留的空气有足够的时间逃出；消泡剂扩散并渗透到气泡表面，破坏气泡的稳定性，降低其弹性，促使气泡破裂向空中排气。消泡全过程：脱气剂聚集涂料中的微空气泡成大气泡使其达到表面，消泡剂用于消除大泡；因而对于微泡需要脱气剂一起使用。6、消泡剂的评价 制造过程的抑泡性（对涂布而言无意义 ，不说明问题）：这里可以采用“比重杯法”来评价消泡剂的抑泡性。在同样条件下，比重大者代表排除的空气多或带如的空气少。湿膜、干膜的评价：评价涂料施工过程中气泡破裂速度，速度快者涂膜表面流平好；干膜评价表面平整、光滑性、不均匀以及颜色的接受性，往往是干湿涂膜评价是最重要的，因为其瓜的是最终的涂膜质量。7、消泡剂的筛选初始消泡性：代表消泡剂初始的脱气消泡能力。长久消泡性：代表消泡剂在涂料经过一段时间的储运后，仍具有的脱气消泡能力。施工破泡速度：涂料在施工过程中产生的气泡破裂速度，速度快者，涂膜表面光洁平整。消泡剂的副作用：消泡剂的副作用分为毒性大小，与涂料的相容性。相容性差易导致涂膜出现有缩孔、鱼眼、橘皮，光泽下降、颜色的接受能力差等。8、消泡剂副作用的处理措施（表面缺陷有缩孔、针眼、鱼眼、橘皮等） 减少消泡剂的用量 增加润湿性能好的润湿剂（H-875）是有效防缩孔剂） 使用分散性好的消泡剂乳胶漆助剂基本知识之增稠剂二.增稠剂乳胶漆原材料以产品性能影响，助剂中只有增稠剂影响较广，影响乳胶漆制造、储运、施工、以及涂膜性能。1、乳胶漆流变特性乳胶漆的黏度对剪切力和时间都有依耐性，随着剪切力的增加或剪切时间的拉长，乳胶漆的黏度将发生变化，这种现象即是乳胶漆的流变性。乳胶漆的黏度对漆的沉降性、涂刷性、膜丰满性、流平性以及在垂直表面上的流挂性都有影响。涂料从储存到应用过程中的不同流变物性曲线见图3，乳胶漆在储存与施工过程都要经历这样的流变过程，这个过程黏度的控制多依靠不同类型的增稠剂搭配而进行控制。保证乳胶漆的储存与施工，需控制三种不同剪切速率下的粘度：低剪粘度多采用高分子类增稠剂（纤维素、碱溶/碱溶胀型）或无机增稠剂（膨润土）等来控制，测试仪器旋转粘度计测试，粘度范围为105106mPa.s; 中剪粘度Stormer粘度，可以使用增稠流变展改性剂来控制，粘度范围为75100KU；高剪粘度：即ICI粘度，由乳液、颜填料以及流变改性剂用量来决定，粘度范围为23P。不同类型增稠剂增稠后的涂料其屈服值不一样，高分之类增稠剂增稠的涂料屈服值大，流动性差，防沉降性好，而缔合型增稠剂增稠的涂料屈服值小，流动性好。屈服值也是乳胶漆体系的重要参数之一；涂料静止状态，屈服值10dyn/cm2,保证涂膜流平性好；涂料施工后，要求屈服值快速回升，屈服值2.5dyn/cm2,保证涂膜流平性好；涂料施工后，要求屈服值快速回升，屈服值5dyn/cm2,施工后保证无流挂现象。2、增稠剂种类增稠剂分类可按不同形式进行，如按增稠剂的来源、组成、离子性、溶解性能以及增稠机理等；具体如下： 有机无机 天然全合成 非离子阴离子（碱溶） 溶解溶涨 协合非协合性乳胶漆常用增稠剂种类如下：无机：膨润土。有机：纤维素（非缔合HEC、缔合HMEC）、碱溶/涨（非缔合ASE，缔合HASE）、EO聚胺酯等。其中纤维素与碱溶/碱溶胀类增稠剂分子量相对EO聚胺酯类增稠剂高。3、增稠剂增稠机理与增稠特性高分子增稠剂分为非离子、阴离子两种类型，该类高分子增稠剂分子量大，对涂料低剪、中剪黏度提高快，而高剪黏度（ICI）黏度增加很小；高分子类增稠剂增稠后的漆样系统均匀性欠佳，漆的屈服值大，流动性差，涂膜光泽低；该类增稠剂中非离子增稠剂对配方敏感性小，碱溶涨增稠剂对配方酸碱度敏感。EO-聚胺酯类增稠剂增稠机理与增稠特性：该类增稠剂分子具有疏水基团与亲水链，因而具有表面活性，其在体系中象表面活性剂一样可以形成胶束，其疏水基团可以与乳液粒子、颜填料粒子进行缔合，形成增稠网络。该类增稠剂对配方组成敏感，乳液的种类与用量、助溶剂的种类与用量、表面活性剂种类与用量、以及分散剂种类均会影响到EO-聚胺酯类增稠剂增稠效率。4、增稠剂评价增稠剂评价项目有以下：增稠效率，流平性TI值、温感性（2/40）、调色性。增稠剂其作用是用来增稠，提供乳胶漆储存、施工、流平或定性的，增稠效果与流平性是主要评价项。5、增稠剂选配不当带来的漆病增稠剂选配失当时，乳胶漆在施工与储运会出现相应的问题：乳胶漆在储运会出现沉降分层，出现分乳液等情况，施工有流平性差，或定性能力差，造型困难。这些病弊可以通过增稠剂的选配解决。三.润湿分散剂润湿分散剂能降低被润湿物质的表面张力或界面张力，其添加在涂料中能改进颜填料与液体料的掺合，颜填料的良好分散决定了涂膜的光学性能和遮盖力，良好的颜填料分散需要颜料不仅在刚制造时而且在储存及应用中有均一的分布。颜料粒子0.050.5um范围内可产生最适当的色强、光泽、遮盖力及耐候性，商品颜料粒子的粒径在此范围内。颜料粒子的形状有规则多面体（TiO2）、片状（云母）、结节状（ZnO2）。颜料粒子的存在形式有四种：初级粒子从晶片或蔟片状结晶形状存在；共聚体初级粒子面面接触形成较大的粒子；附聚体初级粒子和共聚体靠较弱的范德华力结合成更大的粒子；絮凝体颜料粒子被连接或分散添加剂包围后而相互吸附在一起。其中共聚体及初级粒子在颜料制造过程中就存在，附聚体因为粒子大，在涂料制造过程中是不希望存在的，当然，有些涂料为了得到均一的色彩，希望控制得到可控絮凝体，以防止涂料的浮色。颜填料的分散是碾磨液体料取代颜填料表面的空气，遵循相似相容原理，疏水的有机颜料分散在水基型涂料中，或亲水的极性表面颜填料分散在溶剂型涂料中，要借助于润湿添加剂来完成。在有机、无机的颜填料分散中，润湿分散剂分散能力的高低取决于润湿分散剂分子在颜填料表面吸附能力，不同类型的润湿分散剂在有机、无机颜填料粒子表面稳定吸附的能力不一样，如表1所示，在配方设计中要改性颜填料粒子表面性质，尤其要注意这点。颜填料使用时所涉及到的问题有：难润湿粒子的掺合、高黏度的碾磨料、颜料取向不好、颜料下沉、颜料分离出现浮色发花、涂膜光泽不均匀、遮盖力差、颜色的色深不适当、颜色难以重复等，这些问题均可以使用适当的润湿分散剂来解决。1、润湿分散剂的功用：使用润湿分散剂可以减少完成分散过程所需的时间、节省分散所耗的能量，并且稳定所制得的颜料分散体，防止分散体系出现絮凝、沉降等现象。减少完成分散过程所需的时间和能量，并使颜料分散体体系稳定，主要表现在以下七个方面。 缩短分散时间 提高光泽 提高着色力和遮盖力 改善展色性及调色能力 防止涂料浮色发花 防止颜料絮凝 防止颜填料沉淀2、润湿分散剂的种类在分散过程中溶剂可取代颜填料表面的空气，但不稳定，润湿分散剂含有酸根适合于无机颜料和填料通过极性力而稳定；润湿分散剂含有氨基适合于有机颜料通过范德华力而稳定；空间位阻型润湿分散剂常含有与溶剂相容的长链如聚酯、聚醚、聚丙烯酸链。按分子类型分：酸型在疏水链上含有许多羧基；盐型元酸或多元酸用长链胺中和而得；含氨基和溶剂可溶的长链非离子聚合物。按照应用类型非有：抗絮凝分散剂，共絮凝分散剂。涂料生产使用的润湿分散剂按电性和吸附官能力团分有五大类：阴离子型、阳离子型、电中型、多官能团、非离子类。前四类润湿分散剂分散颜填料，不是因为其表面张力低，而是它们的亲水端有与颜料表面、棱边、余角形成物理化学健的能力以及选择性的吸附，不致在涂膜中、空气中或底材界面游离聚集，而表面活性剂却能聚集、并影响分散相（颜/填料）和连续相之间的界面张力，非离子表面活性剂也含有亲水端基，但不与颜料边面形成物理化学键，却能和颜料表面的吸附水结合在一起，结合脆弱，易解吸，而解明的表面活性剂是游离的，其副作用是体系耐水性下降。润湿分散剂分子在颜填料表面的吸附形态见图7。3、润湿分散剂分散稳定功能：静电稳定：固体粒子带有相同电荷，颜填料体系的分散稳定通过吸附在颜填料粒子表面的电子云来实现，粒子表面的Zeta电位值越低，表明添加剂在颜填料表面吸附力越强，稳定性越高。这种静电稳定保护容易破坏，如相反离子的加入、PH的变化、低温的冻融等。静电稳定需要添加剂量小。空间位阻稳定，靠分子量较大的润湿分散剂黏附于颜料表面形成保护层，保护层需要一定的厚度（0.010.1um）和密度，需要添加剂的较大。润湿分散剂吸附在颜填料粒子表面，改性颜填料粒子表面性质，控制粒子的运动能力。适当选用不同类型的润湿分散剂，均衡涂料中各种粒子的运动能力，最终可控制涂膜的浮色发花缺陷。润湿分散剂保护颜填料粒子两种保护层静电排斥和空间位阻见图8。乳胶漆涂料中的颜填料粒子、乳胶粒子等靠静电排斥而避免粒子相互接近并聚，使整个体系保持稳定。4、润湿分散剂的评价涂料生产使用的颜填料都是原始初级粒子的附聚体，颜填料吸附湿气，通过水层和吸附空气的作用而黏附在一起，初级粒子通过点棱结合成附聚体即二级粒子，二级粒子松散的结合为絮凝体，而初级粒子通过面面结合称为聚集体，聚集体是很难打开的。颜料有三个主要性质：颜填料的化学结构/晶体结构，决定了颜料的色相、色强、耐光、耐晒、耐化学性能等；颜填料的几何结构给出该粒子的比表面积，从而在粒子的吸油量、悬浮性等方面表面表面出区别于其他类粒子的性能；颜填料的表面处理，决定其分散性。润湿分散剂、溶剂、树脂等所有的物质均可吸附在颜填料粒子表面，如果溶剂等非润湿分散剂优先吸附在粒子表面，会影响颜填料的分散，为防止润湿剂与溶剂、聚合物竞争，润湿剂应在调漆前阶段加入，吸附在颜填料表面，漆制备好后添加助剂用量要在得多。 分散良好的颜填料分散体和最佳涂料性能是同义语