概要

一、濕潤分散劑

二、消泡劑

三、增稠劑

四、成膜助劑

五、其它助劑

濕潤分散劑

水性涂料是以水為溶劑或分散介質，水的介電常數(shù)大，所以水性涂料主要是通過雙電層重疊時的靜電斥力來穩(wěn)定的。另外，水性涂料體系中，也往往有高聚物和非離子型表面活性劑，它們吸附在顏料填料表面上，形成空間位阻而使分散體穩(wěn)定。所以水性涂料和乳液是以靜電斥力和空間位阻二者共同作用而達到穩(wěn)定結果的。其缺點是抗電解質性差，尤其是對高價的電解質。

1.1濕潤劑

水性涂料用濕潤劑分陰離子型和非離子型。

濕潤劑和分散劑配合使用能取得理想的結果。濕潤劑的用量一般為千分之幾。其負作用是起泡和降低涂膜的耐水性。

濕潤劑的發(fā)展趨勢之一是逐步取代聚氧乙烯烷基（苯）酚醚（APEO或APE）類濕潤劑，原因是其導致大白鼠雄性激素減少，干擾內(nèi)分泌等。在乳液聚合時，聚氧乙烯烷基（苯）酚醚被廣泛用作乳化劑。

雙胞表面活性劑也是新發(fā)展。它是由間隔基連接的兩個雙親分子。雙胞表面活性劑最顯著的特點是臨界膠束濃度（CMC）比其“單胞”表面活性劑低一個多數(shù)量級，其次是高效。如TEGO Twin 4000，它就是雙胞硅氧烷表面活性劑，并具有不穩(wěn)泡和消泡性。

Air Products 開發(fā)了雙胞表面活性劑（Gemini surfactants）。傳統(tǒng)的表面活性劑具有一個疏水基的尾和一個親水基的頭，而這種新表面活性劑卻具有二個親水基和二個或三個疏水基，是一種多功能表面活性劑，稱為乙炔二醇類，產(chǎn)品如EnviroGem AD01。

1.2分散劑

乳膠漆用分散劑分為四大類：磷酸鹽類分散劑、多元酸均聚物分散劑、多元酸共聚物分散劑和其他類分散劑。

磷酸鹽類分散劑中用得最多的是聚磷酸鹽，如六偏磷酸鈉、多聚磷酸鈉（Calgon N，德國BK Giulini化學公司產(chǎn)品）、三聚磷酸鉀（KTPP）和焦磷酸四鉀（TKPP）。其作用的機理是通過氫鍵和化學吸附，起靜電斥力穩(wěn)定作用。其優(yōu)點是用量低，約0.1%左右，對無機顏料和填料分散效果好。但也存在不足之處：一是隨著PH值和溫度的升高，多聚磷酸鹽容易水解，造成長期貯存穩(wěn)定性不良；二是多聚磷酸鹽在乙二醇、丙二醇等二醇類溶劑中不完全溶解，會影響有光乳膠漆的光澤。

據(jù)報道，磷酸酯分散劑是單酯、雙酯、殘余醇和磷酸組成的混合物，其結構式如圖1所示。

圖1 磷酸酯分散劑

磷酸酯分散劑能穩(wěn)定顏料分散體，包括活性顏料，如氧化鋅。在有光涂料配方中，能提高光澤和擦凈性。不同于其他濕潤分散劑，加入磷酸酯分散劑不影響涂料的KU和ICI粘度。

多元酸均聚物分散劑，如Tamol 1254和Tamol 850，Tamol 850是甲基丙烯酸均聚物。多元酸共聚物分散劑，如Orotan 731A，它是二異丁烯和馬來酸的共聚物。這二類分散劑的特點是，在顏料和填料表面產(chǎn)生較強的吸附或錨固作用，具有較長的分子鏈以形成空間位阻，鏈端具有水溶性，有的還輔以靜電斥力，達到穩(wěn)定的結果。要使分散劑具良好的分散性，要嚴格控制分子量。分子量太小，空間位阻不足；分子量太大，會產(chǎn)生絮凝作用。對于聚丙烯酸鹽類分散劑，聚合度為12-18能達到的分散效果。

其他類分散劑，如AMP-95，其的化學名稱是2-氨基-2-甲基1-丙醇。氨基吸附在無機粒子表面，羥基伸向水中，通過空間位阻起穩(wěn)定作用。由于其分子小，空間位阻作用有限。AMP-95主要是PH調(diào)節(jié)劑。

近些年來，分散劑的研究克服了高分子量會產(chǎn)生絮凝的問題，向高分子量發(fā)展是其趨勢之一。如乳液聚合法生產(chǎn)的高分子量分散劑EFKA-4580，是專為水性工業(yè)涂料而開發(fā)的，適用于有機和無機顏料分散,耐水性好。

通過酸堿作用或氫鍵作用，氨基對許多顏料都有很好的親和力。以氨基丙烯酸為錨固基的嵌段共聚分散劑得到重視。如圖2所示。

圖2 以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯為錨固基的分散劑

據(jù)報道，Tego Dispers 655 濕潤分散劑用于水性汽車漆中，不僅能使顏料定向，而且可阻止鋁粉與水反應。

由于對環(huán)境的關注，發(fā)展了易生物降解的濕潤分散劑，如EnviroGem AE系列雙胞濕潤分散劑，就是一種低泡濕潤分散劑。

消泡劑

傳統(tǒng)水性涂料消泡劑品種很多，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。

礦物油類消泡劑使用比較普遍，主要用于平光和半光乳膠漆中。

聚硅氧烷類消泡劑表面張力低，消泡和抑泡能力強，不影響光澤，但使用不當時，會造成涂膜縮孔和重涂性不良等缺陷。

傳統(tǒng)水性涂料消泡劑以與水相不相容而達到消泡目的的，因此容易產(chǎn)生涂膜表面缺陷。

近幾年，開發(fā)了分子級消泡劑。

這種消泡劑是將消泡活性物質直接接枝在載體物質上形成聚合物。該聚合物分子鏈上帶有濕潤作用的羥基，消泡活性物質分布在分子四周，活性物質不易聚集，與涂料體系相容性良好。這類分子級消泡劑有礦物油類---FoamStar A10系列，含硅類----FoamStar A30系列，以及非硅非油聚合物類--- FoamStar MF系列。

另據(jù)報道，這種分子級消泡劑是以超接枝星形聚合物作為不相容表面活性劑，在水性涂料應用中取得很好結果。Stout等報道的Air Products分子級消泡劑，是乙炔二醇類的，兼具濕潤性的控泡劑和消泡劑，如Surfynol MD 20和Surfynol DF 37等。

此外，為了滿足生產(chǎn)零—VOC涂料的需要，也有不含VOC的消泡劑，如Agitan 315、Agitan E 255等。

增稠劑

增稠劑有多種多樣，目前常用的是纖維素醚及其衍生物類增稠劑、締合型堿溶脹增稠劑（HASE）和聚氨酯增稠劑（HEUR）。

3.1、纖維素醚及其衍生物

羥乙基纖維素（HEC）是1932年由Union Carbide公司首先實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的，至今已有70多年的歷史了。目前，纖維素醚及其衍生物類增稠劑主要有羥乙基纖維素（HEC）、甲基羥乙基纖維素（MHEC）、乙基羥乙基纖維素（EHEC）、甲基羥丙基纖維素（MHPC）、甲基纖維素（MC）和黃原膠等，這些都是非離子增稠劑，同時屬于非締合型水相增稠劑。其中在乳膠漆中最常用的是HEC，如 Aqualon公司的Natrosol 250 和Union Carbide公司的Cellusize QP等。

疏水改性纖維素（HMHEC）是在纖維素親水骨架上引入少量長鏈疏水烷基，從而成為締合型增稠劑，如Natrosol Plus Grade 330，331，Cellosize SG-100,Bermocoll EHM-100。其增稠效果可與分子量大得多的纖維素醚增稠劑品種相當。它提高了ICI粘度和流平性，降低了表面張力，如HEC的表面張力約為67mN/m，HMHEC的表面張力為55-65mN/m。

3.2、堿溶脹型增稠劑

堿溶脹增稠劑分為兩類：非締合型堿溶脹增稠劑（ASE）和締合型堿溶脹增稠劑（HASE），它們都是陰離子增稠劑。非締合型的ASE是聚丙烯酸鹽堿溶脹型乳液。這類增稠劑如Rohm Haas 公司的 ASE 60和Ciba公司的Viscalex HV-30。締合型HASE是疏水改性的聚丙烯酸鹽堿溶脹型乳液。HASE增稠劑如Nopco公司的SN636，Rohm & Haas公司的TT—935等。但這種增稠劑也有含聚氨酯和不含聚氨酯的兩類。

Elements公司開發(fā)了不含VOC和APEO的HASE增稠劑,如Rheolate 125。據(jù)陶氏公司的Olesen等介紹，在配色漆時，當色漿用量約為4%-8%時，加入色漿后涂料的斯托默粘度約下降30KU-40KU，從而造成相同品種不同顏色涂料粘度不一致、流掛和貯存穩(wěn)定性下降等問題。而專門開發(fā)的HASE增稠劑UCAR POLYPHONE T-900和T-901卻對加入色漿不敏感，因此適用于待配色涂料和基礎漆的增稠。對于醋丙乳膠漆，可單獨用UCAR POLYPHONE T-900，或以UCAR POLYPHONE T-900為主，加少量UCAR POLYPHONE T-901。對于細粒徑的純丙和苯丙乳膠漆，應以UCAR POLYPHONE T-901為主，配少量UCAR POLYPHONE T-900。

3.3、聚氨酯增稠劑和疏水改性非聚氨酯增稠劑

聚氨酯增稠劑簡稱HEUR，是一種疏水基團改性的乙氧基聚氨酯水溶性聚合物，屬于非離子型締合增稠劑。HEUR是由疏水基團、親水鏈和聚氨酯基團三部分組成。疏水基團起締合作用，是增稠的決定因素，通常是油基、十八烷基、十二烷苯基、壬酚基等。親水鏈能提供化學穩(wěn)定性和粘度穩(wěn)定性，常用的是聚醚，如聚氧乙烯及其衍生物。HEUR分子鏈是通過聚氨酯基團來擴展的，所用聚氨酯基團有IPDI、TDI和HMDI等。締合型增稠劑的結構特點是疏水基封端。但有些市售HEUR兩端疏水基取代度低于0.9，好的也只1.7。應嚴格控制反應條件，以獲得分子量分布窄的和性能穩(wěn)定的聚氨酯增稠劑。大多數(shù)HEUR是通過逐步聚合法合成的，因此市售HEUR一般是寬分子量的混合物。

Richey等用熒光示蹤芘締合增稠劑(PAT，數(shù)均分子量30000，重均分子量60000)研究發(fā)現(xiàn)，在濃度0.02%（重量）時，Acrysol RM-825和PAT的膠束聚集度約為6；增稠劑和乳膠粒表面的締合能約為25 KJ/mol；每個PAT增稠劑分子在乳膠粒表面所占面積約為13 nm2,約是Triton X-405濕潤劑所占面積0.9 nm2的14倍。締合型聚氨酯增稠劑如RM-2020NPR、DSX 1550等。

環(huán)境友好的締合型聚氨酯增稠劑開發(fā)受到普遍重視，如BYK-425是不含VOC和APEO的脲改性聚氨酯增稠劑，Rheolate 210、Borchi Gel 0434、Tego ViscoPlus 3010、3030及3060等都是不含VOC和APEO的締合型聚氨酯增稠劑。

除了上面介紹的線性締合型聚氨酯增稠劑，還有梳狀締合聚氨酯增稠劑。所謂梳狀締合聚氨酯增稠劑是指每個增稠劑分子中間還有垂掛的疏水基。這類增稠劑如SCT-200和SCT-275等。

疏水改性氨基增稠劑（hydrophobically modified ethoxylated aminoplast thickener—HEAT）將特種氨基樹脂變成可接4個封端疏水基，但這四個反應點的活性是不一樣的。在正常的疏水基加量時，也只有2個接上封端疏水基，這樣合成的疏水改性氨基增稠劑和HEUR沒有多大區(qū)別，如Optiflo H 500，見圖3。若加入較多的疏水基，如達8%，調(diào)節(jié)反應條件，可生產(chǎn)出具有多個封端疏水基的氨基增稠劑。當然，這也是一種梳狀增稠劑。這種疏水改性氨基增稠劑能防止配色時，由于加入色漿，帶入大量表面活性劑和二醇類溶劑，而造成涂料粘度下降問題。原因是強疏水基能阻止解吸，以及多疏水基有強締合作用。這種增稠劑如Optiflo TVS。

疏水改性聚醚增稠劑（HMPE） 疏水改性聚醚增稠劑的性能與HEUR相似，產(chǎn)品有Hercules的Aquaflow NLS200、NLS210和NHS300。改性聚脲增稠劑是BYK公司開發(fā)的增稠劑，其結構如圖4所示。它的增稠機理是既有氫鍵的作用，也有端基的締合作用。與一般增稠劑比較，它的防沉降和抗流掛性能好。根據(jù)端基的不同極性，改性聚脲增稠劑可分為三種：低極性聚脲增稠劑、中極性聚脲增稠劑和高極性聚脲增稠劑。前二種用于溶劑型涂料增稠，而高極性聚脲增稠劑既可用于高極性溶劑型涂料中，也可用于水性涂料增稠。低極性、中極性和高極性聚脲增稠劑的商品分別如BYK-411、BYK-410和BYK-420。