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一、前言 

表面活性劑首次被引入乳液聚合的領(lǐng)域，出現(xiàn)**批乳液聚合專利，為發(fā)展水分散乳液體的涂料奠定了基礎(chǔ)。水性涂料以水為分散介質(zhì)和稀釋劑，*突出的優(yōu)點(diǎn)是分散介質(zhì)水無(wú)毒無(wú)害、制造和貯運(yùn)無(wú)燃爆危險(xiǎn)，不污染環(huán)境，解決常溫溶劑型涂料VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)過(guò)高的問(wèn)題，同時(shí)還具備價(jià)廉、不易粉化、干燥快、施工方便等優(yōu)點(diǎn)。

二、助劑在水性涂料中的作用 

涂料助劑被認(rèn)為是涂料產(chǎn)品的一類重要組成材料，它可以改進(jìn)生產(chǎn)工藝、改善產(chǎn)品性能，提高涂料施工性能、減少對(duì)環(huán)境的污染，開(kāi)發(fā)新型涂料特殊功能，推出各種功能的水性涂料。盡管絕大多數(shù)助劑在涂料中使用的相對(duì)比例不高，但往往對(duì)提高和改善涂料和涂膜的性能卻能起到十分關(guān)鍵的作用，因此越來(lái)越受到業(yè)界人士的重視。在某些產(chǎn)品中甚至已到了離不開(kāi)它的程度，涂料助劑由于其功能的各異而品種繁多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，估計(jì)達(dá)幾千種之多，主要有成膜助劑，潤(rùn)濕劑、分散劑、消泡劑，增塑劑，增稠劑，防凍劑、流平劑、防霉劑及防腐劑、pH調(diào)節(jié)劑等。

1、成膜助劑 

成膜助劑又稱凝聚劑、聚結(jié)劑，通常為高沸點(diǎn)溶劑，成膜助劑的作用如同一種“臨時(shí)”增塑劑，用以降低聚合物的玻璃化溫度(Tg)，一旦顆粒變形與成膜過(guò)程完成后，成膜助劑會(huì)從涂膜中揮發(fā)，從而使聚合物Tg值恢復(fù)至初始值。通常情況下，大多數(shù)成膜助劑在室溫下?lián)]發(fā)比水滯后1—2小時(shí)，因此，成膜助劑應(yīng)該由揮發(fā)性較慢的溶劑組成。作為成膜助劑的*大先決條件就是在干燥過(guò)程中，水分揮發(fā)，而成膜助劑仍留在涂層中，它*后從涂層中自行揮發(fā)。通常應(yīng)用于涂料的膠乳都具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)．如VAE乳液的在一3℃左右，因此．在大多數(shù)氣溫高于5℃條件下．這些乳液都可以正常成膜，而成膜助劑的加入，對(duì)加速涂膜干固起到了一定的作用。圖1是乙二醇作為成膜助劑時(shí)，對(duì)丙烯酸涂料干固時(shí)間的影響。隨著乙二醇摻量的增加，涂膜的干固時(shí)間也隨之降低。

成膜助劑除有助于成膜性能外，還有降低涂料凍結(jié)溫度的功能。例如乙二醇、丙二醇就可作為涂料的防凍劑使用。除此之外，成膜助劑對(duì)涂料濕膜性能如流平性、抗流掛性及展色性都有一定的影響。

2、潤(rùn)濕分散劑 

潤(rùn)濕分散劑主要是減少完成分散過(guò)程所需的時(shí)間和(或)能量，同時(shí)使顏料分散體穩(wěn)定。水性涂料中顏填料的分散穩(wěn)定包括潤(rùn)濕、分散和穩(wěn)定三個(gè)過(guò)程。潤(rùn)濕劑是結(jié)構(gòu)中帶有親水基、親油基兩個(gè)基團(tuán)的表面活性劑。用于水性涂料體系的顏料(金屬或有機(jī)顏料)分散劑可分為聚電解質(zhì)高分子化合物或陰離子羧酸、非離子化合物等兩類。此類顏料分散劑主要通過(guò)以下兩種作用來(lái)保持顏料粒子的分散性和穩(wěn)定性。 

(1)控制顏料粒子表面上吸附的電荷，由于帶有相同電荷而相互排斥，帶電的顏料微粒在庫(kù)侖排斥力作用下來(lái)維持水性涂料乳液的分散穩(wěn)定性。 

(2)顏料微粒的表面形成一種穩(wěn)定的吸附層，阻止顏料微粒相互接近，起到一種空間位阻效應(yīng)而提高顏料的分散性，從而改善涂膜的外觀裝飾性并增加了涂料的商品價(jià)值。 

高分子分散劑，其結(jié)構(gòu)為無(wú)規(guī)共聚物、接枝共聚物和嵌段共聚物等，其中無(wú)規(guī)共聚物應(yīng)用較多。親水性基團(tuán)可由羧基、磺酸基、羥基、氨基等組成，疏水性基團(tuán)多為不飽和烴類，如苯乙烯、乙烯、丁二烯、二異丁烯、(甲基)丙烯酸酯、醋酸乙烯酯、一甲基苯乙烯等單體組成，親水性基團(tuán)也可由一系列共聚物組成，如丙烯酸一丙烯酸酯(丙烯酰胺)共聚物、苯乙烯一丙烯酸(酯)共聚物、馬來(lái)酸(酯)一丙烯酸(酯)(苯乙烯)共聚物等。 

決定一個(gè)潤(rùn)濕分散劑效率高低的要素之一，是其擁有的“錨固基團(tuán)”的數(shù)量。如果1個(gè)分子上只有1個(gè)錨固基團(tuán)，其一旦被溶劑分子置換后，就會(huì)造成整個(gè)分子立刻從顏料表面完全脫離開(kāi)來(lái)，從而導(dǎo)致顏料的絮凝。擁有若干個(gè)官能團(tuán)的的分子則不易脫落，表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。對(duì)有機(jī)顏料來(lái)說(shuō)，芳香基團(tuán)會(huì)很有效果。分散劑上的芳香基團(tuán)，如苯基和萘基，對(duì)分散體的長(zhǎng)期穩(wěn)定特別有幫助。無(wú)機(jī)顏料也可分為不同的化學(xué)種類:氧化物、氫氧化物、硫化物、硅酸鹽，硫酸鹽或碳酸鹽。很顯然，這些極性的分子結(jié)構(gòu)非常易于與酸性基團(tuán)，如羧酸、磷酸或硫酸官能團(tuán)相互作用。

3、消泡劑 

水性涂料在制造和施工過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生泡沫，“泡冠”會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間并降低生產(chǎn)設(shè)備的有效容積。泡沫也會(huì)對(duì)施工過(guò)程產(chǎn)生影響，使涂膜在于燥后產(chǎn)生各種表面缺陷。 

傳統(tǒng)水性涂料消泡劑一般分為三大類:礦物油類消泡劑、聚硅氧烷類消泡劑和其他類消泡劑。近幾年，開(kāi)發(fā)了分子級(jí)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(rùn)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(jí)消泡劑有礦物油類，如681 691;含硅類，如B-191 B-199;以及炔二醇類消泡劑，如104E 另?yè)?jù)報(bào)道，這種分子級(jí)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104E分子級(jí)消泡劑，屬于乙炔二醇類，是兼具濕潤(rùn)性的控泡劑和消泡劑，滿足生產(chǎn)零VOC涂料的需要，也有不含VOC的消泡劑。

4、增塑劑 

低溫柔韌性是檢測(cè)涂料性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而該指標(biāo)由水性涂料所采用膠乳的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)確定。當(dāng)外界溫度高于基料的Tg時(shí)，涂料行為類似橡膠，受載時(shí)產(chǎn)生彈性形變，具有較好的柔韌性;當(dāng)外界溫度低于基料的Tg時(shí)，涂料行為類似玻璃易于產(chǎn)生脆性破壞，其柔韌性顯著下降。目前所供使用的膠乳如VAE乳液的Tg≈－3℃，某些丙烯酸乳液的Tg在－5℃左右，都不能滿足要求。因此，摻入一定量的增塑劑可以起到降低膠乳Tg的作用。而隨著膠乳Tg的降低，涂料的低溫柔韌性也隨之提高。增塑劑通常是高沸點(diǎn)難揮發(fā)的液體或低熔點(diǎn)的固體，一般不與乳膠的主體成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。它作為小分子助劑，主要作用是插進(jìn)成膜的高分子物質(zhì)中，削弱乳膠中聚合物的分子間力，促進(jìn)了聚合物分子鏈段的活動(dòng)性，降低聚合物分子鏈的結(jié)晶性，從而使聚合物分子鏈段變得柔順。 

采用增塑劑來(lái)改善涂料的低溫柔韌性，一般來(lái)說(shuō)，效果是明顯的，但這并不等于說(shuō)，增塑劑的摻量越多越好。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，防水涂料低溫柔性的改善總是伴隨著其拉伸性能的損失。丙烯酸涂料中摻入某種增塑劑后，它的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、抗拉強(qiáng)度與延伸率的變化曲線。隨著增塑劑摻量的加大，涂料的Tg降低了，與此同時(shí)，涂料的抗拉強(qiáng)度與延伸率也降低了。因此，一味的追求低溫柔韌性并不可取。  

5、增稠劑 

增稠劑能調(diào)節(jié)乳膠涂料的粘度或流變性，易于形成均勻的涂料組分。有些增稠劑還可改善涂料的觸變性，使得便于施工，減少滴流和流掛。水性涂料以水作為分散介質(zhì)，粘度通常都較低，常需要加入一定量的增稠劑。常用的增稠劑有四類:無(wú)機(jī)增稠劑類、纖維素類、聚丙烯酸類、聚氨酯類。根據(jù)增稠劑與乳膠粒中的各種粒子作用關(guān)系，還可分為締合型和非締合型，無(wú)機(jī)增稠劑以膨潤(rùn)土為代表。通常水性膨潤(rùn)土吸水膨脹后形成觸變性的凝膠礦物，吸水后體積為原體積的好幾倍。它不但起到增稠作用，而且還能防沉、防流掛、防浮色發(fā)花，其增稠效果要好于同樣用量的堿溶脹丙烯酸類和聚氨酯類增稠劑。除此之外，它還具有廣泛的pH適應(yīng)性，良好的凍融穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性。由于不含水溶性表面活性劑，干膜中的微細(xì)粒子有阻止水分遷移、擴(kuò)散作用，能增強(qiáng)涂膜的耐水性等特點(diǎn)。 

纖維素類增稠劑就一直是*重要的流變助劑，主要品種有羥甲基纖維素、羥乙基纖維素和羥丙基纖維素等，目前使用*廣泛的羥乙基纖維素具有增稠效率高，相容性好，貯存穩(wěn)定性好，抗流掛等優(yōu)點(diǎn)。 

聚氨酯類與纖維素增稠劑和丙烯酸類增稠劑相比，具有良好的遮蓋力和良好的流平性;相對(duì)分子質(zhì)量低，

輥涂時(shí)不易產(chǎn)生飛濺;能與乳膠粒了締合，不會(huì)產(chǎn)生體積限制性絮凝，因而可使涂膜光滑，涂膜具有較高的光澤度;疏水性、耐洗穩(wěn)定性、耐劃傷性及生物穩(wěn)定性均好。 

締合型增稠劑具有其他類型增稠劑不同的增稠機(jī)制，大多數(shù)的增稠劑都是通過(guò)水合和形成在體系中的弱凝膠結(jié)構(gòu)而帶來(lái)粘度的。但締合型增稠劑象表面活性劑一樣，分子中既有親水部分也有親油部分，親水部分可水合溶脹使水相增稠，親油端基可與乳液粒子、顏料粒子相締合形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 

6、殺菌防腐 防霉劑 

水性涂料中的很多物質(zhì)往往可以成為各種微生物的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，在適當(dāng)?shù)某睔?、溫度下，涂料容易霉化、變質(zhì)。水性涂料用防霉殺菌劑可分為罐內(nèi)防腐劑(主要是乳膠漆使用)和涂膜在自然環(huán)境中的防霉殺菌劑。由于近幾年病毒事件不斷發(fā)生，防霉殺菌劑在涂料中的應(yīng)用成為業(yè)界熱點(diǎn)，尤其是建筑涂料行業(yè)對(duì)防菌涂料的熱情高漲。但防霉殺菌劑很多對(duì)人體和環(huán)境都有一定的副作用，歐洲制定第五屆環(huán)保行動(dòng)計(jì)劃，要求涂料行業(yè)盡量減少商用防霉殺菌劑的用量和種類。如何減少防霉殺菌劑對(duì)環(huán)境的污染并且提高殺菌效果成為這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展方向。防霉、殺菌劑有取代芳烴類、雜環(huán)化合物、胺類化合物、有機(jī)金屬化合物等幾大類，常用品種有2．(4－噻唑基)．苯并咪唑、2，4，5，6．四氯苯二甲腈、甲氧甲酰氨基苯并咪唑、氧撐雙吩嘿吡等，一般添加量為0．07%左右。防霉殺菌劑主要向不含氯、低毒高效、廣譜長(zhǎng)效和降低VOC含量方向發(fā)展。對(duì)人體明顯有害的有機(jī)汞類廣譜防霉劑和甲醛等品種的防霉劑，以及對(duì)人體有明顯皮膚敏感性的防霉殺菌劑將會(huì)被取締。另外用微膠囊包覆技術(shù)處理防霉殺菌劑，可以延長(zhǎng)防霉殺菌效果并減少環(huán)境污染。納米光催化殺菌劑的新技術(shù)研究近年來(lái)吸引人們投入很多的精力，但真正用于涂料大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的還未見(jiàn)報(bào)道。