表面活性剂在涂料中的应用

表面活性剂化学—表面活性剂在涂料中的应用表面活性剂的概念表面活性剂是具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。表面活性剂的分子结构具有两亲性：一端为亲水基团，另一端为憎水基团；亲水基团常为极性的基团，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其盐，也可是羟基、酰胺基、醚键等；而憎水基团常为非极性烃链，如8个碳原子以上烃链。表面活性剂分为离子型表面活性剂和非离子型表面活性剂等。表面活性剂的应用表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。今天主要介绍的就是其在涂料中的应用。涂料是一种胶体分散体体系，由连续相和分散相组成。连续相是溶剂、聚合物或聚合物浓溶液。聚合物有的是溶液型的，有的是微粒型的(如乳液)，也有的是固体。分散相是颜料和填料。从胶体的分类来看，涂料属于分散胶体，具有胶体动力学、电性等特性。因此，它与表面和胶体化学有着广泛深切的联系，表面化学中的乳化原理、分散原理、起泡和消泡原理、流变学原理对涂料同样起着非常重要的指导作用，为表面活性剂在涂料工业的应用提供了理论基础。表面活性剂在涂料的组分中属于助剂(或添加剂)的范畴，已成为涂料不可缺少的组成部分，它可以改进生产工艺、改善施工条件、提高产品质量，进而可以降低成本、提高经济效益：包括表面活性剂在内的涂料助剂的应用水平，已成为衡量涂料生产技术水平的重要标志。表面活性剂的分类方法很多，可以根据疏水基、亲水基结构、分子构成的离子性、水溶性、化学结构特征、原料来源等各种分类方法进行分类。下面，根据表面活性剂在涂料工业中所起的作用进行分类。按所起的作用进行分类，涂料工业使用的表面活性剂可分为以下几类：乳化剂，颜料表面处理剂，颜料润湿分散剂，消泡剂，流平剂，防霉、杀菌剂，抗静电剂，增光剂，增滑剂等。——抗静电剂抗静电剂是表面活性剂，可通过不同的渠道泄漏静电荷或降低摩擦因数，以抑制静电荷的产生。一般要求其具有以下特点：①防止静电效果大；②防止静电效果持久；③与成膜物质有良好的混溶性；④不影响涂料的其它性能，如不使涂膜泛黄等。抗静电剂的作用原理是：利用其表面活性特性，吸附空气中的水分，使自身产生极化，在表面形成极薄的导电层，构成静电泄漏通道，因此其效果取决于自身结构和环境的相对湿度。根据化学结构，可把抗静电剂分为以下几类：①阳离子型。如静电防止剂SN：②阴离子型。如PEA：③非离子型。如P一75：——流平剂要使用流平剂来改善涂料的流平性，可考虑以下两个方面的因素：第一，选用可以降低涂料／涂膜表面张力的活性剂，来大大提高涂料的流平性；第二，选用挥发速度慢又能降低涂料施工粘度的溶剂，改善涂料流动性，延长流平时间，达到最终流平。根据流平剂的作用方式及化学结构，将常用流平剂分为以下四类：①高沸点溶剂类。如BYKetol—Special和杜邦DBE，其沸点分别在160℃和190℃以上，可在木器漆、烤漆中用以调整涂料的溶剂组成，使涂料在干燥过程中具有梯度的挥发速度及溶解力。②有机硅类。该类在流平剂中用量很大。③聚丙烯酸酯类。这是一类经过特殊方法合成的丙烯酸酯共聚物，具有比树脂、漆料低得多的表面张力，因此能够改善涂料对底材的润湿性。④醋丁纤维素类。——消泡剂泡沫是由许多液膜薄壁分隔开的气体或蒸气泡所组成。在涂料工业中，一般不希望产生泡沫，若在涂料生产过程中发生泡沫，会影响到生产容器的最佳利用，给操作带来困难；若在涂装过程中产生泡沫，会使漆膜表面产生缺陷。一方面影响涂膜的装饰性能，表面难看，光泽差；另一方面影响涂膜的防护性能，使防腐性和耐候性都降低。消泡剂一般可分为抑泡剂和破泡剂两种，抑泡剂的作用是抑制泡沫的产生，是治本之法。破泡剂是使产生的泡沫破裂。破泡又分为脱泡和消泡两个过程，前者促使气泡到达表面，后者将表面上的气泡破坏。一般很难准确地将一个助剂的工作机理定义为抑泡、脱泡或消泡，所以总是统称为消泡剂。涂料工业所用的消泡剂一般都是非离子型表面活性剂。根据其化学组成不同，可分为以下几类：①有机硅类。②矿物油类。该类消泡剂一般是由约80％的载体油和约15％的憎水颗粒再加约5％的乳化剂、防腐剂及其它增效成分所组成。该类消泡剂主要用于平光和半光乳胶漆中。③不含硅聚合物类。这是一类特殊的聚合物，它是通过选定的不混溶性来发挥作用的。——颜料润湿分散剂颜料润湿分散剂的作用：①提高生产效率、降低制造成本。②提高涂料的贮存稳定性、减少浪费。③改善涂膜状态。④其它作用。最佳的颜料分散可以提高紫外线的吸收和反射能力，增加颜料的耐候性和耐化学药品性。作用原理：颜料分散在基料里的过程可划分为三个阶段，即润湿、分散、稳定。这三个阶段并非截然分开的，而是互相重叠进行的。润湿剂可以促进基料对颜料聚集体的润湿，分散剂可以改进颜料分散体的稳定性。颜料润湿分散剂品种繁多，分类方法也多种多样。根据分子结构不同进行以下分类：①聚合电解质类(有机类)。聚合电解质是一个大分子，部分或全部由具有可电离基团的单体构成。该类分散剂多用于水性体系，对无机颜料的润湿分散作用比较好。②无机聚合碱盐类。常用的有聚磷酸盐和硅酸盐，是水性涂料广泛使用的离子型分散剂，浓度很小即可分散多种无机颜料。国内常用的是六偏磷酸钠。③高分子聚合物类。a．天然高分子类：适用于溶剂型体系，对无机颜料和有机颜料的润湿分散都十分有效。b．合成高分子类：适用于溶剂系统有机颜料的润湿分散。有些表面活性剂只能在某一方面发挥作用，对其它方面没有影响，但也可能有某种副作用。而有些表面活性剂对涂料和涂膜的性能都会产生极大影响，可在涂料生产、贮存、施工不同方面发挥作用，因此，这时就要综合各方面的因素。