应用于水性工业涂料的SNYTO助剂

今天小编给大家分享的是关于应用于水性工业涂料的SNYTO助剂的文章，一起来看看吧。

金逐中

（上海深竹化工科技有限公司，上海201108 ）

0 概论

水性涂料以水为介质，众所周知，水的表面张力（72.5 mN/m）比一般的有机溶剂明显要高（通常为20 ~ 40 mN/m）。除水溶性涂料外，水性涂料多为非均相体系，因水带来的高表面张力不利于水性漆的消泡、渗透、基材润湿乃至流平，很容易导致水性漆的施工性能不良，漆膜容易产生气泡、痱子、缩孔、鱼眼、针孔等缺陷，还可能因漆液润湿和渗透性差而降低漆膜对基材的附着力。水性漆的消泡、脱泡也相对比溶剂型更难，流动与流平、增稠、防霉杀菌等，解决起来都比溶剂型更难一些。另外，水性漆的成膜是一个非均相、非分子级的不可逆过程，经历了乳胶粒子的堆积、压缩和融合的阶段，为了形成质量的涂膜，往往要借助于成膜助剂将乳胶粒子融合均匀。故此，水性涂料对助剂的依赖性比溶剂型要高得多，所需助剂的品种和质量要求也更加广泛和严格。

水性涂料的品种非常多，按照其功能可以分为润湿剂（基材润湿剂及颜料润湿剂等）、分散剂、流平剂（润湿流平剂及表面张力降低剂等）、消泡剂（包括消泡剂、抑泡剂及破泡剂等）、成膜助剂、防腐防霉剂、消光剂、pH调节剂、附着力促进剂、防闪锈剂及缓蚀剂、抗氧剂、紫外光吸收剂等，还包括一些特殊的效果添加剂，如铝粉定向剂、抗黏连、增滑、耐磨、增硬、憎水、防涂鸦等助剂。

水性助剂品种很多，需要筛选合适的助剂搭配应用于涂料体系，而不是用最好的、最贵的就能解决问题，也不是加得越多越好，更不是哪有问题了就加入哪类助剂去解决，用的合适才是最佳的方案。价格昂贵的助剂如果没有用到刀刃上，反而会起负面的作用。而有些常规的助剂如果用得正确，往往能发挥神奇的功效！

1 分散剂

颜料分散是涂料、油墨、塑料加工及日用化妆品等生产中一个重要的工艺过程。颜料分散是指在外力的作用下把颜料颗粒润湿、粉碎、分散到展色剂中，以期得到一个稳定的悬浮体。

1.1 为何要使用分散剂

随着工业的发展与生活水平的提高，颜料被越来越多地应用到涂料油墨工业当中以赋予更好的表观效果。与染料不同，颜料通常不溶于所使用的介质，大多数情况下都是以聚集体的方式存在。要得到好的着色力、遮盖力及色度等，必须将颜料的聚集体打开并保持稳定。

如果颜料没有分散好，许多缺陷就有可能发生，如：絮凝、失光、颜色偏移、浮色/发花、贝纳尔漩涡、沉淀等如图1所示。

而这时，分散剂就发挥作用了。在现代涂料生产中，分散剂主要起以下作用：1）提高研磨效率，缩短研磨时间，降低生产成本；2）防止返粗及起粒；3）提升光泽和鲜映性，改善流平效果；4）改善浮色发花；5）提高着色力，改善展色性能；6）降低黏度，改善色浆体系流动性，增加颜料载入量；7）减少絮凝，增加施工性和使用性；8）提高体系稳定性，包括储存稳定性、防沉性能、抗溶剂冲击性能；9）增加展色性，增加颜色饱和度；10）增加透明度（大部分有机颜料）或遮盖力（大部分无机颜料）。

1.２ 颜料的形态及粒径

在涂料中，颜料大多被制成悬浮液使用。颜料的粒径范围分布很宽，可以由很小的胶粒粒子（约为0.05μm）到较大的粒子（1 000μm）之间。但研究表明，当颜料的粒径在0.05～0.50 μm之间时，具有最佳的着色力、光泽、遮盖力和耐候性等。

颜料制造过程中形成的最小粒子称为原始粒子，它以单晶体或者晶体的团块存在。而原始粒子之间以面面相结形成的团块，称为聚集体，聚集体比较紧密，一般的分散设备很难将其分散成原始粒子。而原始粒子和附聚体通过范德华力结合在一起，形成的较大的颜料粒状团块，称为附聚体。附聚体粒子之间以边角相接触，粒子间作用力小，可通过机械的力量将其分散成原始粒子或聚集体，如图２所示。

我们希望颜料分散后成为原始粒子的悬浮液（理想状况），至少也是聚集体和原始粒子的悬浮液。但体系的趋势是从高能态回复到低能状态，故以微细颗粒分布的颜料容易聚集成絮凝体。从结构上看，絮凝体与附聚体非常相似，但絮凝体中颜色之间是树脂溶液而不是空气。分散剂的存在会阻止或减缓絮凝的发生。

1.3 颜料的分散过程

颜料的分散过程由润湿、分散、稳定３个步骤组成，如图３所示。

1）润湿：在颜料凝聚和团聚（群聚态）的粒子表面间，空气和水气被树脂溶液所替换。固/气两相（颜料/空气）被转换成固/液两相（颜料/树脂溶液）。分散剂尤其是低分子型的润湿分散剂能加快润湿的过程。

2）分散：在机械能作用下（冲击和剪切力），颜料的团聚态被打碎成较小的微粒，成为分散状态（均匀分布）。

3）稳定：分散剂用于保持颜料分散状态的稳定，阻止失控的絮凝。并依据颜料表面所吸附的黏接剂种类和分子结构，促使悬浮液获得稳定状态。分散剂尤其是高分子分散剂对颜料粒子的稳定起了很大的作用。

1.4 分散剂对颜料的锚固机理

由于颜料表面自然状态不同，依其化学结构，可有多种不同基团做为高聚物分散剂与其产生锚固作用。锚固作用能通过不同的过程产生。

1）通过离子或酸性/碱性基团产生锚固作用：当颜料微粒表面活性较高（如无机颜料）时，微粒表面带电荷位能与分散剂的相反电荷位或功能基团形成离子键，如图4（1）所示。事实上，许多无机颜料微粒表面十分复杂，既有正电荷位又有负电荷位。因而颜料被分散剂分散时，既有带负电荷又有带正电荷的基团与其发生锚固作用，如图4（2）及（3）所示。

能在带电荷或酸性/碱性表面产生锚固作用的功能基团有：胺；铵和季铵基；羧酸、磺酸和磷酸基及其盐；还有硫酸酯与磷酸酯。

2）通过氢键的锚固作用：尽管有机颜料微粒比无机的惰性强，但是氢键的供体和受体是有可能存在的，因此在微粒和高聚物分散剂的锚固基团间也可能形成氢键。单独的氢键有可能较弱，而聚合物分散剂内包含了众多具有氢键供体和受体的锚固链段，因此在颜料微粒与分散剂间的相互作用可大大增强。多胺和多羟基化合物既有供体又有受体，可通过氢键产生锚固作用。聚醚能通过氢键受体产生锚固作用。

3）通过极性基团产生锚固作用：有机颜料微粒表面具有极性或可极性化的基团，类似地在高聚物分散剂中也有极性或可极性化的锚固基团，因而锚固作用也可发生。同样，这种相互作用通常相对较弱，但是在聚合物分散剂中，当由多个这样的基团组合成一个锚固的链段时，则会加强这种相互的作用。聚氨酯常作为极性的锚固基团。

4）通过不溶性高分子链段形成锚固作用：不需离子键、氢键或极性作用，仅依靠范德华力就可以使颜料微粒表面与聚合物分散剂通过锚固作用相结合。分散剂内的聚合链段仅要求在介质中不溶，如图5所示。

聚氨酯锚固基团可能是通过该方式形成的。事实上，在实践中很难区分这种与先前的两种吸附过程。多数的高分子链段很可能是通过混合的静电力（氢键和/或极性作用）和范德华力产生锚固作用。这些作用过程也许有一种是占主导地位，但大多数高效的聚合物分散剂可能会产生所有这3种过程，并使其影响最大化。

5）通过协同分散剂形成锚固作用：某些有机颜料（酞菁蓝和二噁嗪紫等）通过改变粒子本身的化学结构，具有离子基团的衍生物使颜料粒子表面有选择地被活化，使其能与聚合物分散剂中带电荷的锚固基团产生作用。而该衍生物由于极性与颜料相似，也能吸附在颜料的表面。这样的架桥作用使得难于被锚固的颜料得到很好的稳定效果。

1.5 分散剂的稳定机理

发生絮凝的颜料悬浮液会使涂料流变性变差（体系黏度、涂料流动性）、储存稳定性下降、光学和颜色性能发生改变。这些是我们所不希望的，所以要保持颜料悬浮液的稳定，在颜料分散的稳定方面有２种重要机理。

1）静电稳定性：在液体涂料中颜料微粒表面带有电荷。当加入分散剂后，可能会使电荷量增加，并且导致所有的颜料微粒带上相同的电荷。这样会形成双层静电结构。当颜料表面形成一种电荷后，相反电荷的带电离子云将围绕在其周围。当２个微粒靠近时，电荷作用阻止其相互吸引。在这样厚厚的电荷层的作用下，颜料微粒获得了稳定的状态，如图６所示。多磷酸盐及多元羧酸常作为高分子电解质使用，这种静电斥力在水性涂料中非常有效。

2）位阻稳定：分散剂通常由锚固基团和溶剂化链段组成，高分子型分散剂通过锚固基团吸附在颜料表面，溶剂化链段则伸展在树脂和溶剂中。从而形成一定厚度的溶剂化高分子链段的阻隔层，当颗粒吸附层互相靠近而压缩时，压缩区吸附物密度增加，自由度减少，这是个熵减过程，体系的趋势是阻止这种进程进一步发生。随着链段的混合，溶剂被排出粒子间，这也会导致溶剂浓度不均衡，渗透压同样会迫使溶剂返回微粒间以维持微粒的分离状态。这些过程综合作用，就起到了位阻的效应，如图7所示。

位阻稳定作用的2个基本要求是锚定基团对颜料有足够强的吸附力，以及溶解化链段完全溶解在介质中。为了保证分散剂的功效，锚定基团对颜料表面的吸附作用必须是稳定和持久的。另外，当高分子链段很好地溶解和适当地展开时，位阻稳定作用得到加强。若相容性不好，则高分子链段会折叠，使位阻效应丧失。吸附层高分子的相对分子质量越大，空间位阻越大。但过高的相对分子质量可能引起架桥絮凝。通常来说低分子分散剂对体系稳定性略差。

1.6 用于水性涂料的深竹分散剂

1） 超分散剂

表１列出了深竹化工用于水性涂料颜料分散的超分散剂，1000系列的分散剂都是相对分子质量非常高的含有多组锚定基团的超分散剂，对于有机颜料、碳黑等具有极佳的分散效果，也适用于无机颜填料的分散稳定。

表1 水性涂料颜料用超分散剂

SN-1727适用于多种颜填料，也适用于制备无树脂色浆。在多种颜料体系中，具有最佳的分散效果及降粘效果，并且具有最佳的性价比，是使用非常广泛的一款分散剂。SN-1785则是受控自由基型分散剂，与各种树脂相容性好，制备的色浆稳定性好。SN-1790的通用性非常广泛，适用于各类水性工业涂料。

2）润湿分散剂

表２列出了深竹化工生产的用于水性涂料颜填料分散的润湿分散剂。2000系列的分散剂相对于1000系列的产品而言，相对分子质量略低，一般的分散剂内部锚定基团为1 ~ 5个，多用于水性工业漆及乳胶漆中，分散无机颜料及填料，也适用于有机颜料及碳黑的分散。

表2 润湿分散剂

SN-2320、SN-2327、SN-2376均是水油通用的分散剂，既适用于溶剂型涂料体系，又适用于水性涂料；既适用于有机颜料及碳黑，也适用于无机颜料及填料，通用性非常广泛。其中SN-2320非常适用于水溶性涂料体系。SN-2327的通用性非常广泛，在水性涂料体系中应用效果也比较好。SN-2740及SN-2742是钠盐及胺盐类聚丙烯酸分散剂，多应用于乳胶漆，用于分散钛白粉及填料。而SN-2725则是进行疏水改性的聚丙烯酸分散剂，具有优异的耐水性，适用于普通水性工业漆有耐水要求的分散剂。SN-2774是一款高分子共聚物，多应用于水性色浆的制备，对各种颜料的润湿分散效果非常好。

3）辅助颜料分散的润湿剂

表3列出了深竹化工的颜料润湿剂。润湿剂能促进液体对固体粒子表面的良好润湿，将颜料表面的气-固相替换成液-固相，从而加快研磨速度，促进色浆的展色性和稳定性。

表3 润湿剂

SN-3704是炔二醇类润湿剂，使用安全性好，不稳泡、兼具有润湿、分散、消泡及流平的功能，并且快速降低动态表面张力。当然，SN-3704的润湿、消泡效果均一般，但使用相对非常安全，也可与其他有机硅类润湿剂搭配使用。SN-3710及SN-3711是专用的颜料润湿剂，搭配分散剂使用，对颜料的润湿分散、展色、稳定具有优异的促进作用。

2 基材润湿剂及流平剂

2.1 润湿流平剂的定义

能够促进漆膜流动，帮助获得一个平整表面的助剂称为表面控制助剂。而根据功能的不同，又可细分为流平剂、底材润湿剂及防缩孔助剂等。表面控制助剂能够自发地迁移到漆膜的表面并影响漆膜的表面张力以及表面张力梯度。

2.2 表面张力、表面张力梯度及其对漆膜流平的影响

使一个体系形成新的表面需要给予体系一定的能量。表面张力是指形成或扩散单位面积的表面所需的最低能量，即单位面积上的自由能。如图8所示，处于表面的液相分子受的力与处于内部液相分子所受的力是不对称的，这种不平衡力的趋势是将表面分子拉入液体内部，使液体表面积尽可能缩小。

在实际的涂料体系中，由于存在水及溶剂的挥发，以及在整个漆膜的范围内各处水及溶剂挥发以及漆膜固化速度等不同，整个漆膜的表面张力是不相同的。某一点与临近点之间的表面张力的差值称为表面张力梯度。液体就会从表面张力低的地方迁移到表面张力高的地方，从而引起了漆膜的不平整（如图９所示）。可以认为表面张力梯度或者表面张力差是在实际涂料施工过程中影响涂料流平的主要原因。

由此可见，要达到完善的流平效果，必须消除漆膜成膜过程中所形成的表面张力差。换句话说，一个流平剂的好坏取决于它提供均匀表面张力的能力，并且这个均匀的表面张力要不随着漆膜的变化（如溶剂的挥发、漆膜的固化、黏度的上升等）而变化。

2.3 润湿流平剂作用机理及影响因素

流平剂主要工作原理是通过迁移到漆膜表面，在表面形成一个表面张力不随涂料成膜过程而变化的具有始终均一表面张力的单分子膜。根据热力学原理，能满足以上需求的物质通常具备２个特点：1）具有比体系更低的表面张力；2）与体系的相容性有限。

涂料被施工于物体表面后，各种影响因素的关系可以下式来表示：

其中：a₀—初始振幅，cm；a_t—经过一段时间（t）后的振幅，cm；t—时间，s；h—涂层平均厚度；λ—波长，cm；γ—涂料的表面张力，N/m；η—黏度，Pa﹒s．

式中的a₀、a_t、λ与施工工艺有关，抛开这些因素，上式可简化为：

换言之，流平速度与黏度、表面张力及膜厚相关。黏度越低，流平时间越短；膜厚越高，流平时间越短；表面张力越高，流平动力越大。

2.4 有机硅润湿流平剂

由于有机硅链段的表面张力很低，以及它们与树脂体系的相容性有限，往往能够以更快的速度迁移到漆膜的表面，从而表现出更快的流平速度（初期流平）；同时有机硅流平剂可以比非硅流平剂更早地迁移到漆膜表面，更有助于消除漆膜干燥初期由水及溶剂挥发引起的贝纳尔漩涡。

2.5 丙烯酸酯及改性丙烯酸酯润湿流平剂

从流平剂的影响因素公式可看出，真正驱动漆膜由不平整状态变成平整状态的是漆膜的表面张力。表面张力越高，其流平动力越强。通常丙烯酸酯类流平剂的表面张力比有机硅流平剂高，故在趋向最终流平的动力方面，添加丙烯酸酯类流平剂的体系具有更好的最终效果，换言之，漆膜的最终平坦性会更好。这是丙烯酸酯流平剂的主要作用，也是其独立于有机硅流平剂存在的重要基础。这一点对于高黏涂料体系更是如此（需要更高的流平动力）。

相比较而言，有机硅流平剂的主要优势在于消除各种漆膜干燥初期由于溶剂挥发等原因所产生的各种对流平有负面影响的扰动如贝纳尔漩涡等，这方面的作用就是我们经常提到的短波流平。对于溶剂含量比较高的涂料，流平好坏的关键常常在于长波流平的控制。

而对于一般的溶剂型涂料，其漆膜干燥过程通常可以看作2个阶段：1）施工初期，这个时候溶剂含量比较高，黏度较小，流动比较容易。这时最需要防止的就是溶剂挥发过程中产生的贝纳尔漩涡；2）溶剂大部分挥发以后，漆膜就成为了黏度比较大的高固体含量体系。这个时候需要非硅流平剂来提供更大的流平动力。

通常，如果配方中将有机硅和非硅流平剂搭配使用，就能够在漆膜干燥的全过程中都有比较好的表面控制，从而获得最佳的流平效果。

2.6 炔二醇及其衍生物类润湿流平剂

液体对底材润湿程度的好坏可用接触角来衡量，如图10所示。通常液体与底材之间的表面张力相差越大，则相应的接触角越小，润湿的效果也越好。

一般来说，润湿流平剂降低表面张力的能力超强，其对底材的润湿能力也就越好。但是与防缩孔能力不同的是，防缩孔能力通常与流平剂的静态表面张力有关，而润湿往往是一个动态的过程，是一个在涂料或油墨施工过程中所产生的现象，故与润湿效果好坏关联比较密切的是流平剂的动态表面张力的高低。静态表面张力反应的是助剂降低表面张力的能力，而动态表面张力反应的是助剂降低表面张力的速度。涂料及油墨在施工中的底材润湿是一个动态过程，尤其是一些高速印刷的油墨、壁纸等体系。炔二醇类产品是对称型的非离子型表面活性剂，其独特的化学结构使该类产品具有很低的动态表面张力，同时具有控制泡沫（不稳泡，带有抑泡功能）、不会形成胶束、酸碱稳定性好等优点。高亲水型的表面活性剂或多乙氧基化合物表面活性剂在涂膜干燥成膜后，易再重新溶于水，引发已干燥的涂层表面缺陷，如发黏、发白、发雾、耐水性、耐盐雾变差等，炔二醇类的润湿剂的水敏性低，是一款使用安全性非常高的润湿剂。

2.7 用于水性涂料的基材润湿剂

水的表面张力比较高，远超过各种常见底材。故水性涂料尤其是水性工业漆、水性木器漆等，对底材的润湿经常成为首要解决的问题。表４列出深竹化工常用的基材润湿剂。

表４ 基材润湿剂

通常来说，能够降低水性体系表面张力的物质都可作为基材润湿剂。但有些底材如塑料等本身表面张力很低，为了提高基材润湿剂的通用性，通常作为基材润湿剂的物质降低表面张力的能力都很强（25 mN/m以内），一般是以有机硅化合物为主。例如SN-4727、SN-4745、SN-4748等。其中SN-4745、SN-4748是三硅氧烷结构，具有极低的静态表面张力，基材润湿效果优异，但对体系的pH比较敏感，pH在6～8之间的体系比较稳定，超出此范围则易因水解而失效。SN-4745是最通用型的基材润湿剂，广泛应用于油性和水性体系。SN-4748在水性体系降低表面张力的能力最强，故可应用于对底材润湿要求最高的体系。SN-4727的静态表面张力则略低，基材润湿效果较SN-4745及SN-4748略差，但对pH不敏感，使用安全性更好，也更加不稳泡。SN-4788则是一款特殊改性的有机硅润湿剂，具有较低的动态表面张力及静态表面张力，不稳泡，使用安全性好。

SN-3704、SN-3720、SN-3740、SN-3764、SN-3765均是炔二醇及其衍生物类润湿剂。如上所述，炔二醇类润湿剂的动态表面张力很低，适用于快速施工。同时具有不稳泡、酸碱稳定性好、水敏性低的特点，是使用安全性最高的水性基材润湿剂。SN-3704是最通用的炔二醇润湿剂，具有较强的动态润湿能力，多应用于印刷行业，具有较好的抑泡效果。SN-3720、SN-3740、SN-3765均为炔二醇环氧乙烷加成物，与SN-3704相比，分子量更高，经过环氧乙烷改性后，水溶性更好。其中水溶性最好的是SN-3765，完全可溶于水，但抑泡及消泡效果就相对稍差，在某些体系中甚至略微起泡。SN-3740的通用性则最广，其润湿性最佳，并具有消泡效果，广泛应用于水性工业漆、水性木器漆、压敏胶、水性油墨等。SN-3764则是乙氧基改性的炔二醇，分子链更长，相对于其他炔二醇类产品而言，静态表面张力更低，故单纯从润湿而言，SN-3764比较好，例如SN-3764应用于水性木器漆，能帮助涂料对木材的润湿，排走藏匿的气泡和微泡，同时提供优异的流平和光泽。SN-3764广泛应用于金属涂料、水性木器、印刷油墨、皮革涂料、压敏胶等。

炔二醇类润湿剂具有极低的动态表面张力，而有机硅类润湿剂则具有很低的静态表面张力，通常二者拼用会有更好的效果。

2.8 用于水性涂料的流平剂

在水性涂料中，基材润湿剂通常也具有流平效果。从以上介绍的原理可以得知，表面张力越低，其基材润湿效果越好，但是流平效果却并一定越好。同时，几乎所有基材润湿剂都不具备滑爽的手感，这时候，就需要专业的滑感流平剂来辅助。表5列出了深竹化工制备的用于水性涂料的有机硅和非硅流平剂。

表5 有机硅和非硅流平剂

SN-3760是一款氟碳改性丙烯酸酯流平剂，不影响重涂，不稳泡，对体系的后期流平和长波流平有很好的控制作用，多应用于水溶性涂料体系，用于水性涂料中须先用胺中和pH后方可加入。SN-3781是一款丙烯酸酯流平剂，在水性体系中具有极佳的流平性和使用安全性。SN-4333则是一款通用的有机硅流平剂，具有爽滑的手感，良好的前期流平和短波流平控制效果。SN-4345的硅含量则更高，其手感比SN-4333更滑爽，而SN-4341的滑感则最强。SN-4034是一款氟硅类助剂，具有优异的抗缩孔能力，其耐温性非常优异，适用于水性、水溶性烤漆及溶剂型涂料系统，也适用于多数有抗缩孔要求的水性自干漆。

3 消泡剂

3.1 气泡的定义

一个相当大量的不溶性气体（通常为空气）分散在少量液体中的分散体，气液之间存在着极大的界面，液体以薄层的形式将气体彼此分开而形成的非均相体系称为气泡。

泡沫以其形态可以分为泡和泡沫2种：独立分开的单个的泡称为泡（一般在高黏度的溶剂型涂料中会出现类似的小泡）；相互聚集在一起，大小不均一的泡则称为泡沫（水性涂料中常见）。

含有充裕的液体，气泡没有显著的变形，称为“湿气泡”或“球形气泡”；当液体从聚集泡沫中流出时，膜变得更薄，气泡聚集得更紧密，从而形成多面结构，称之为“湿干泡”或“多面体气泡”。

3.2 涂料油墨工业中泡沫的产生的途径

1）颜填料所吸附的空气；2）漆膜固化产生的反应泡；3）生产或施工过程中带入的机械泡；4）多孔底材中被吸附的空气在施工过程中释放所带来的气泡。

3.3 泡沫的稳定机理

纯净的液体不能生成稳定的泡沫，如图12所示.

气泡从液体内部上升至液面，根据Stoks定律，它的上升速度与气泡半径的平方成正比，与液体的黏度成反比：

Ｖ为上升速度，ｒ为泡半径，η为液体黏度。

当体系中含有多种组份，特别是表面活性剂时，情况就发生了改变。表面活性剂会自行定向于液相/气相界面，降低了表面张力，同时使泡沫的膜壁达到一定的厚度，对泡沫产生稳定的作用。

表面活性剂通过Marangoni（马兰格尼效应）和静电效应，避免了膜层的变薄，并使泡沫稳定。

1）马兰格尼效应（表面活性剂导致的液体回流现象，抵消重力作用）

上升至表面的气泡在重力的作用下，液相向下流动，从而造成分布在气泡表面的表面活性剂浓度产生变化。层膜顶部由于分布的表面活性剂少，表面张力比其他部位更高。其他部位的的液体就会向表面张力高的顶部迁移回流。如果重力和回流的力量在气泡层膜厚到达临界破泡厚度（10 nm）之间达到平衡，气泡将被稳定。

2）静电效应

表面活性剂同时具有亲油和亲水的特性。当气泡膜中的液体由于重力作用逐渐排出时，膜的两个表面互相贴近，表面活性剂的极性端或电荷端将会互相靠拢，此时相同的极性或电荷端会互相排斥，从而阻止膜层中的液体继续排出。而处于平衡状态的膜层大于临界膜厚时，气泡也将稳定。

3.4 消泡剂作用机理

作为消泡剂的物质，必须满足２个条件：1）消泡剂和它所应用的体系不相容；2）消泡剂具有比所应用体系更低的表面张力。

加入少量物质能使泡沫很快消失的物质称为消泡剂，它能在泡沫体系之中所产生的稳定表面张力不平衡，并能打破发泡体系的表面黏度和表面弹性的物质。消泡剂能按照一定的粒度大小均匀地分散于泡末介质之中，产生持续和均衡的消泡能力。当泡沫介质由于某种原因要起泡时，它首先能阻止泡沫的产生。而在已经生成泡沫的体系中，它又能迅速地散布，破坏气泡的弹性膜，使之破裂。

3.5 破泡剂、抑泡剂和脱泡剂

1）破泡剂（Process-additives）：在工业生产过程中起到暂时性的泡沫控制作用，以后可能有一定的泡沫控制能力，也可能较差。破泡剂通过表面张力作用侵入泡膜，扩散、取代泡膜膜层，膜层变薄，使已经生成的泡沫就此破裂，如图16所示。

2）抑泡剂（Product-additives）：最后产品中所含有的添加剂。涂料生产出来后，经过贮存，在涂料涂装时仍有满意的泡沫控制能力，故要求有良好的消泡能力持久性，涂料中一般都使用这类消泡剂。抑泡剂与液体中的起泡物质同时吸附于气泡膜壁上。吸附抑泡剂的泡膜表面张力低下，使泡膜变薄，泡沫的表面能不平衡，因此泡沫变得不稳定，在浮上液面过程中就会破裂。见图17所示。

3）脱泡剂：也称之为空气释放剂。主要针对高黏度的溶剂型漆中的单个小泡，它们很难上升到液面而消除。脱泡剂能改善空气中的流动，使相邻的泡沫互相聚集合并，体积变大，向表面运动的速度加快，从而易于破除。见图18所示。

3.6 消泡剂的分类

1）矿物油类消泡剂：由75%～80%的载体油（烃油、水、脂肪醇、脂肪酸酯、溶剂等）、10%～15%的憎水颗粒和5%～10%的乳化剂或展开剂组成。该类消泡剂通常价格低，消泡效率高（尤其是高PVC体系），对pH不敏感，也容易加入，不易引起缩孔。但该类消泡剂易引起油分离、失光等缺陷，可能增加黏尘性、降低层间附着或重涂性，对消微泡的作用有限，芳香族矿物油还有黄变的倾向。

2）有机硅类消泡剂：有机硅消泡一般分为两类物质：一类以聚二甲基硅氧烷为主，在某些情况下，也可以是乙基和部分为羟基、苯基、氰基、三氟丙基等的硅氧烷；另一类是以聚醚或有机物改性的聚二甲基硅氧烷。

由于有机硅化合物的低表面张力以及与大多数涂料体系不相容的特点，在涂料工业中有机硅消泡剂被大量使用。同时由于上述特点，多数有机硅消泡剂往往只需要很少的添加量就可以起到优异的消泡效果。有机硅消泡剂在所有体系中均具有高效的消泡效果，对微泡也非常有效，但通常需要经过高速分散或研磨。

3）聚合物消泡剂（不含有机硅）：通常是由破泡聚合物和憎水粒子组成，对重涂和展色性没有影响，在高PVC体系中通常非常高效，对pH的敏感性低，也不会影响层间附着力和重涂性，不易产生缩孔。但消泡效果与体系相关，产品选择的余地比较小。

4）憎水颗粒的消泡作用：憎水颗粒（如疏水性的二氧化硅、酰胺和金属皂等）能够吸附稳泡性的表面活性剂，从而达到消泡的作用。同时，疏水粒子能进入泡膜并在泡膜中架桥，毛细压力作用使液体排出液膜，孔洞将自然增大，最终导致液膜破裂。

3.7 用于水性涂料的消泡剂

表６列出了深竹化工用于水性工业涂料及乳胶漆的消泡剂。

表6 深竹化工用于水性工业涂料及乳胶漆的消泡剂

其中SN-5702是改性矿物油及金属皂化合物，通用性好，使用安全性高，多用于乳胶漆。SN-5710则是改性聚醚类的消泡剂，综合性能优异，推荐应用于乳胶漆。应用于水性工业漆、木器漆多采用有机硅类的消泡剂，比较通用的产品是SN-6728及SN-6788，如果要相容性更好，可以选用SN-6725。而SN-6724及SN-6750则是消泡效果最好的有机硅消泡剂，加入这两款消泡剂，最好在研磨前加入，或都加入后经过长时间的高速搅拌，以免产生缩孔等漆膜弊病。

4 流变助剂

4.1 概论

流变助剂又称为流变改性剂，用以解决涂料贮藏和施工中的流变问题，主要是指涂料静置时的增黏和涂装时的流平、防流挂等。理想的流变状态是涂料贮藏稳定，不分层、不沉降，同时施工时有良好的流动性和流平性，同时又不会产生流挂。

水性涂料的流变助剂从作用上来看主要有两大类，即低剪增稠剂和高剪流平剂。低剪指剪切速率很低（1s^-1或更低，甚至接近0）时的情况。低剪切速率下的黏度称为Stormer（斯托默）黏度，又称KU黏度。高剪对应涂料施工时的黏度（1 000 s^-1或更高），通常又称为ICI黏度。水性涂料的增稠剂也按此分为高剪切增稠剂、中剪切增稠剂及低剪切增稠剂等。高剪切状态对应施工时的情况，在涂装时受到刷涂力或喷涂力的作用时涂料在基材表面上展布。要想得到好的涂装效果，必须有合适的高剪切黏度，以便控制漆液既能有良好的流动流平性又不会流挂，这种流变助剂通常又被称为流平剂。涂料在低剪切速率下的黏度决定了涂料的贮藏稳定性，低剪切速率下的黏度大，涂料不易分层和沉淀。但低剪黏度过大，又会影响涂料施工时的流动和流平性。图20列出了不同剪切黏度的增稠剂对涂料性能的影响。

4.2 纤维素醚类增稠剂

纤维素通过NaOH碱化后再与氯甲烷、氯乙酸、环氧乙烷、环氧丙烷等反应，可制成水溶性的纤维素醚。纤维素醚在乳胶漆中广泛用作增稠剂，特别是羟乙基纤维素（HEC）。另外，在纤维素的亲水骨架上引入少量疏水的长链烷基可制成疏水改性纤维素（HMHEC）。目前HEC的代表产品有亚什兰的250HBR、阿克苏的EBS 481 FQ等。图21是纤维素衍生物分子结构示意。

4.3 碱溶胀增稠剂

碱溶胀增稠剂是一种阴离子型增稠剂，有缔合型碱溶胀增稠剂（HASE）和非缔合型碱溶胀增稠剂（ASE）两种。ASE是聚丙烯酸盐碱溶胀型增稠剂，在碱性体系中产生中和反应，树脂被溶解后羧基的静电排斥作用使得聚合物链伸展开来，从而使体系黏度增大，产生增稠效果。增稠效果与体系的酸碱度有很大关系，必须预先将体系调成碱性，再加入增稠剂才能产生增稠效果。ASE类增稠剂对漆膜耐水性有一定的影响，多应用于内墙乳胶漆。

HASE分子中不仅有大量羧基，还有用作疏水改性的长支链，在碱性体系中具有静电排斥作用，同时与乳液粒子和颜填料的疏水部分缔合形成三维网络的作用，增稠效率更高，同时增稠后的涂料具有一定的流平性、抗飞溅性，涂料呈现一定的触变性，耐水性也明显比ASE类增稠剂优异，故应用更加广泛，除应用于乳胶漆外，也可应用于水性工业漆、水性木器漆等。图22列出HASE作用机理示意。

万华化学的碱溶胀增稠剂有ASE类及HASE类，如表7所示。

4.4 聚氨酯增稠剂

聚氨酯增稠剂（HEUR）是非离子型的，是疏水基团改性的乙氧基聚氨酯聚合物，乙氧基的引入使HEUR具有水溶性，HEUR分子结构中的疏水基多为烷基，起缔合作用， 是产生增稠效应的关键，与乳液粒子、颜填料等缔合形成三维网状结构，提供高剪切黏度，分子中的亲水链通过水分子产生氢键，进一步增稠，同时增稠剂分子在浓度高于临界胶束浓度时形成胶束，提供中剪（1~ 100 s^-1）黏度。表8列出了几种不同的增稠剂的性能对比。

表7 碱溶胀增稠剂的特性

表8 增稠剂的性能对比

从表8可以看出，HEUR增稠剂具有最佳的综合性能，并且能提供中剪、高剪及低剪切黏度。表9是我司销售的HEUR增稠剂。

表9 HEUR增稠剂性能

4.5 无机增稠剂

有机膨润土、凹凸棒土、气相二氧化硅、蒙脱土、硅酸铝镁盐、硅酸锂镁盐等都是无机的增稠剂。通常无机增稠剂的低剪增稠性好、具有较好的防沉性和抗生物降解性。例如深竹化工的SN-9340是一款水合硅酸铝镁盐，可应用于厚浆型涂料，其性能见表10。

表10 SN-9340性能

4.6 其他水性增稠剂

改性聚脲增稠剂是另一种改性聚氨酯增稠剂，分子结构中含有多个-HN-CO-NH-（脲基）和可缔合的端基，所以既有缔合作用，也能在涂料中形成氢键。比较精典的产品有BYK-420、BYK-425等。

5 杀菌剂和防霉剂

5.1 概论

水性涂料以水为介质，其中所含有的一些亲水的组分如亲水基的树脂、纤维素增稠剂等，在适当的温度和湿度的情况下，很容易孳生微生物和霉菌，从而导致水性涂料出现分水、分层、破乳、长霉菌、发臭等腐败变质的现象。为了防止这种现象的发生，水性涂料一般需要加入杀菌剂（又称为防腐剂）。另外，水性涂料成膜后，由于同样的原因，漆膜有一定的吸水性，也容易长霉生藻，在漆膜中添加防霉剂或防藻剂，就能改善此类现象。

对水性涂料而言，微生物和霉菌的影响分为两个方面：涂料在液体状态时的影响，以及干漆膜的影响。杀菌剂（防腐剂）主要用来防止漆液在贮藏过程中变质，尤其是夏天高温天气，如果不加杀菌剂，涂料很快就会变质发臭。干膜的防霉及防藻需要用到防霉剂，其用量则要大很多。

满足以下几个条件的物质可以作为杀菌剂和防霉剂：1）具有广谱杀菌防霉性，药效高，活性持久；2）对人体无毒或低毒，使用安全，对材料无腐蚀；3）本身稳定性高，耐候、耐光、耐热，适用的pH范围广；4）在涂料中稳定，不会引起其他组分起化学反应，不影响漆膜的理化性能，不易挥发；5）性价比高，使用方便易添加；6）干膜防霉防藻剂不溶于水或难溶于水。

常用的杀菌剂和防霉剂主要有异噻唑啉酮及其衍生物、苯并咪唑化合物、取代芳烃化合物、三嗪类化合物、缓释甲醛类化合物及其他化合物等。

5.2 卡松类（CMIT/MIT）杀菌剂

卡松最早由罗门哈斯公司推出，是CMIT与MIT按3∶1的比例混合而成，其商品名为卡松，后来成为这类产品的公称。卡松的分子结构如下：

这类产品的特性是高效，使用的剂量低。同时具有广谱杀菌和效果，可有效抑制各种细菌、霉菌和酵母，杀菌的速度非常快，其缺点是对pH比较敏感，当pH大于８时稳定性下降，大于９时就不推荐使用了。另外，胺类、硫醇、硫化物和强的还原剂会使之失效，过量使用还有一定的刺激性，由于CMIT在过量使用时有一定的刺激性，并且含有卤素，多数国家允许使用的最大量为1.5×10^-5。SN-9725就是这类杀菌剂，其价格便宜，杀菌速度非常快，是内外墙涂料最常用的杀菌剂。SN-9726和SN-9740中也含有卡松的成分。

5.3 BIT类杀菌剂

BIT是1，2-苯并异噻唑啉-3-酮，其毒性比较低，也不含有重金属和卤素，不含甲醛，气味低，对人体刺激小，广谱杀菌，对细菌、霉菌和酵母菌都有效，具有出色的化学稳定性，不需要额外添加化学稳定剂，耐热高达180 ℃以上，对pH不敏感，而且对防腐的物料体系有长效保护作用。以下是其分子式：

SN-9710及SN-9720就是该类杀菌剂。具有长效杀菌及环保、无刺激的特性。

5.4 BBIT类防霉剂

BBIT是2-丁基-1，2-异噻唑啉-3-酮，是一款环保型的高效防霉剂，其热稳定性非常优异，超过300℃不分解，同时有良好的耐紫外线功能，户外使用不会失效。在水中的溶解度低，适用于多数水性工业漆、水性木器漆及建筑涂料的户外防霉。SN-9782即是该类产品，其惟一的缺陷就是价格相对较高。与SN-9780（多菌灵+OIT＋敌草隆）相比更加环保，BBIT的分子结构式如下。

5.5 用于涂料工业的杀菌防腐剂

表11列出了深竹化工提供的用于涂料工业的杀菌防腐剂及防霉防藻剂。

表11 深竹化工提供的用于涂料工业的杀菌防腐剂及防霉防藻剂

6 其他水性涂料助剂

6.1 防闪锈助剂

水性金属涂料涂于钢铁表面，在干燥过程中会产生闪锈（闪蚀），是最常见的金属表面涂装问题，主要出现在被腐蚀的界面或新近活化的钢铁表面。这些闪锈破坏了涂层与钢铁表面的附着，并很容易后续逐渐扩大锈蚀程度，使涂层失去保护作用。添加防闪锈剂能够有效避免或减轻此类现象的发生。

常见的防闪锈助剂有亚硝酸钠水溶液、有机锌螯合物、钼酸盐化合物、胺络合物等。SN-9779是由多种特殊的螯合物混合而成的防闪锈助剂，防闪锈效果非常好，超过国外同类产品，对铸铁、碳钢等底材有非常好的防闪锈效果，添加量为0.5% ~ 1.0%，对焊缝部位也有非常好的防闪锈效果，添加量为2%左右，其性能见表12。

表12 防闪锈助剂性能

6.2 附着力促进剂

水性乳液或聚氨酯分散体树脂（PUD或PUA），涂装于金属底材上，常有附着力不好的问题。加入SN-7763磷酸酯类附着力促进剂，能明显增进涂料对金属底材的附着力，并能轻微改善耐盐雾性能。另外，SN-7535、SN-7560、SN-7592等产品都是硅烷偶联剂，可以增加对玻璃、金属底材的附着力、耐水性、耐酒精性以及耐盐雾性能，由于硅烷偶联剂遇水会水解，并通过水解来达到与底材的结合，故建议在配漆阶段即施工前加入到水性涂料中。

表13 附着力促进剂性能

（详情咨询《现代涂料与涂装》编辑部）