(五)助剂
助剂是涂料的一个组成部分,它不能单独自己形成涂膜,在涂料成膜后可作为涂膜中的一个组分而在涂膜中存在,在涂料配方中用量很少,但能显著改善涂料或涂膜的某一特定方向的性能。
涂料助剂的种类很多:例如催干剂、增塑剂、流平剂、消泡剂、紫外光吸收剂、分散剂、乳化剂等等。
1. 流平剂
(1)流平问题
获得一个光滑、平整的表面,是涂料装饰性的最基本要求。但在涂膜表面常常会出现缩孔、气孔、刷痕等与界面张力相关的表面缺陷,必须添加流平剂改善流平性,提高装饰性。
涂料施工时表面平整,但在涂料干燥时,因树脂的表面张力大于溶剂的表面张力,随着溶剂蒸发,涂膜表面形成较高的表面张力,并伴随着黏度增大和温度下降,造成涂膜内外层产生温差和黏度的不同及表面张力差
由于表面张力差将产生一种驱动力,使底层含溶剂较多的涂料向表层流动散开,流动的涂料又在重力作用下向下沉,使这种散开、下沉的流动周而复始,产生局部涡流,直到黏度增长到足以阻止其流动为止。这种流动在表面产生不规则的六边形网格,称为贝纳德旋涡(Benard Cell)。
涂料施工时表面不平整,干燥过程中也不能使其平整的情况属于流平问题。
如果涂料对底材润湿性不好,或者涂料表面张力大于底材表面张力,涂料无法铺展润湿,表面所吸附的气体不能被涂膜所取代,涂膜易产生缩孔或气孔。
对于溶剂型涂料,黏度随溶剂挥发不断增加,如果涂膜干燥时黏度增加过快,流平时间太短,涂膜流平性不好。可调整溶剂挥发速度,降低黏度,延长流平时间。可使用高沸点溶剂,使涂膜开放、流平时间延长。
溶剂型涂料涂膜表面易存在表面张力梯度,可添加流平剂来降低涂料与底材间的界面张力。
乳胶涂料的黏度不随水分的挥发而增加,靠成膜助剂来增加乳胶颗粒的融合作用。
粉末涂料在干燥过程中没有溶剂挥发,粗糙的颗粒是通过熔融成膜,不存在表面张力差,主要是粉末涂料熔体的高黏度和对底材的润湿性问题,降低熔体黏度和表面张力有利于改善对底材的润湿性,可添加流平剂来降低涂料与底材间的界面张力。
(2)流平剂种类与应用
溶剂类:
都是高沸点良溶剂,如高沸点的酯、酮、芳烃及其混合物,用于溶剂型涂料中,延长涂膜开放时间,提高涂料的流平性或防止树脂溶解性变差产生的缩孔现象。对颜料也有良好的润湿作用。
有机硅树脂类:
有机硅树脂类助剂能有效降低表面张力和改善润湿性能。它的性能与分子结构、分子量大小及黏度有密切关系。一般采用0.1~0.4 Pa ·s低分子量有机硅树脂,它与合成树脂有一定的相容性,并降低表面张力,促进表面流动,增加对底材的润湿性,还有良好的消泡性。
① 聚二甲基硅氧烷:
俗称硅油,主要用于溶剂型涂料中。
低黏度硅油,0.001~0.1 Pa ·s作流平剂,60 Pa ·s作消泡剂。
② 改性有机硅助剂:
有较好的混溶性,采用芳基、聚酯、聚醚改性。
芳基改性,使相容性增加,耐热性提高;
聚酯提高耐热性,降低表面张力;
聚醚用于调节极性,品种多,使用较普遍。
2. 光稳定剂
在日光中,紫外线(290~400nm)的能量与有机材料的化学键能相当,当有机材料长期暴露于日光中时,会发生光氧化降解而老化。不同的有机材料,因分子结构不同,光氧稳定性有很大差别。
有机硅和有机氟材料有良好的抗老化性;丙烯酸树脂长期曝晒仅透明性降低;芳香族聚氨酯除了黄变外,还有物理力学性能的下降;聚酯有一定的光泽下降和光降解;环氧树脂发生严重的粉化降解。
分子中含有不饱和基团、羰基、醚键时,光敏感作用更强,提高材料的光稳定性更为重要。
光老化的重要因素是光引发,所以,光敏基团或光敏物质是光引发降解的内在根源。因此,吸收紫外线的能量,添加光稳定剂和抗氧剂是有机材料稳定的重要手段。
典型的紫外线吸收剂是能形成分子内氢键环的化合物,吸收的高能量将氢键破坏,转化为热能释放,分子内氢键环能周而复始地形成和开环。分子内氢键越强,氢键的断裂能越高,吸收的紫外线能量越多,光稳定性越好.
(1)二苯甲酮衍生物
主体结构为邻羟基二苯甲酮,与树脂有良好的相容性和加工稳定性,吸收波长范围280~340nm。
(2)邻羟基苯基苯并三唑衍生物
吸收波长范围300~385nm。与树脂相容性良好,色浅,应用较广。
3. 增塑剂
用于增加涂膜柔韧性的助剂。
常用的有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯及氯化石蜡等。
4. 催干剂
是指能提高氧化交联型涂膜固化速度的物质,起加速固化的作用,俗称干料。
主要是油溶性的有机酸金属盐类,常用的有铅、钴、锰的环烷酸盐、辛酸盐、松香酸盐和亚油酸盐。
5. 其他助剂
触变剂加入涂料中,在没有剪切力的情况下会形成胶冻状的结构,受到较高剪切力时则有较好的流动性,剪切力取消又会恢复成胶冻状态。这种现象称为触变,加入触变剂的涂料,在施工时能避免发生流挂和流淌现象,贮存时可减少或消除颜料沉淀现象。
防霉剂,用于防止常用涂料特别是水性乳胶涂料受细菌或霉菌生长的添加剂。常用的防霉剂有有机汞化合物,有机锡化合物,偏硼酸钡,氧化锌等。
增稠剂可增加涂料的粘度,降低流动性。