水性涂料的添加剂之防沉剂

水性涂料的添加剂之防沉剂

摘要：介绍了常用防沉剂的特性及其对涂料性能的影响；讨论了新型防沉剂及其发展趋势。

关键词：防沉剂；有机膨润土；蓖麻油衍生物；气相二氧化硅；聚烯烃微粒 1引言

沉降现象是涂料生产和使用过程中常常碰到的重要问题。在涂料生产和使用的各个阶段，涂料的流变性能亦是一个必须考虑的重要因素。随着特种功能涂料的研究与发展，对涂料性能的要求越来越高。导电功能涂料中金属粉的加人使涂料的沉降问题成为研究人员关注的主要问题。在涂料中加人防沉剂，即在涂料中引入了疏松网络触变性结构，能使颜填料颗粒悬浮而不结块，防止颜料沉降，改善涂料性能，保持优良的流平性等。本文介绍了几种常用防沉剂的特性、应用及发展动态。

2常用防沉剂的特性及应用 2．1有机改性膨润土

有机改性膨润土是以天然蒙脱石(主要是水辉石和膨润土)为原料，与销盐(如季铵盐)反应而成。在涂料方面，有机膨润土一般作为防沉剂、增稠剂用，其防止沉淀的机理是改变体系的流变性能，使其具有触变性，从而防止颜填料沉降。有机改性膨润土的加人方法可视情况采用预凝胶加人和粉体直接加人两种方式。不管使用哪种方法加人，要充分发挥有机黏土的增稠效果，必须充分活化，即加人极性添加剂，如5％含水的甲醇或乙醇。这种极性添加剂可在未被取代的有机阳离子所覆盖的薄片表面进行溶剂化，从而降低薄片间的吸引力，并通过研磨促使极性添加剂渗进薄片间，降低薄片间的吸引力。

目前有机膨润土的应用非常广泛。李红梅等人将天津有机陶土厂生产的I型有机膨润土加人到氯磺乙烯防腐涂料、氯化橡胶防腐涂料中。结果表明，涂层流平性好，无流挂现象，并延长了颜料的沉降时间。李正莉等人将有机膨润土加人

到铜-环氧导电涂料中，发现有机膨润土能很好地解决铜系导电涂料中铜粉的沉降问题，极大地提高了涂层表面的导电性，涂层表面电阻率最小可达6.0×10Ω／cm3。有机膨润土作为触变剂可显著改善铜系导电涂料的触变性。有机改性膨润土作为防沉剂应用到涂料中能显著改善涂料的性能，但由于色泽深，透明度差，易产生刷痕，增加溶剂用量，漆液固体含量难保证，因此应用时还有一定的局限性。

2．2蓖麻油衍生物

蓖麻油衍生物是在非极性溶剂中通过分散、活化而被溶胀的长链，相互缠绕形成触变结构而起增稠作用。当受到剪切力时，缠绕被拉开，结构破坏，黏度会下降；当剪切力消失，叉重新缠绕。这种重新缠绕的过程较缓，所以黏度恢复较慢，允许有较长的流动时间流平，适当地调节可使涂料在较大的流挂极限厚度时仍有一定程度的流平。所以蓖麻油衍生物是制造厚涂型涂料很有价值的流变助剂。主要产品有英国ICI公司的Thixomen，比利时RHEOX公司的Thxicin系列产品，广泛应用于各种涂料中赋予其触变结构，改善颜料的悬浮性，控制流挂而不牺牲流动和流平性，控制对多孔物体的渗透性，通常不与涂料中其他组成起反应，在有机体系中不影响其抗水性，对涂料耐久性无不良影响，在涂膜中不泛黄，并赋予贮存稳定性。

蓖麻油衍生物采用制成预凝胶加入到成品漆中的方法，但为了充分发挥其效果，要正确分散和活化。氢化蓖麻油可以很好地用于脂肪族碳氢弱溶剂类涂料中，但在诸如二甲苯之类的溶剂中使用时对温度很敏感，若温度超过35℃，可能会溶解，冷却后出现沉淀而使涂膜“起粒”。因而这类流变剂不适用于强溶剂系统，所以在制造、贮存、运输和涂装中要十分注意。 2．3气相二氧化硅

气相二氧化硅是四氯化硅在氢氧焰中水解制得的。它粒度小，比表面积大，表面上带有硅烷醇基团。这些硅烷醇基可与邻近的气相二氧化硅颗粒间相互作用而形成氢键，见图1。

图1气相二氧化硅颗粒相互作用示意

氢键作用使其形成触变形结构。气相二氧化硅是一种理想的防沉剂，对于防止涂料体系中颜料的沉淀非常有效。特别是对于色浆体系，适量地添加将大大提高色浆的稳定性，而且能够减少润湿分散剂的量，以提高色浆的适用性并减少色浆对涂料体系沉淀的影响。气相二氧化硅的沉淀作用对涂料存放非常有利，特别是某些颜料如金属粉和薄片，都极易沉淀且不能完全悬浮，使用气相二氧化硅可保证其分散不沉淀。在完全非极性液体中，如无氢键键合能力的烃类、卤代烃溶剂中，黏度恢复时间只需几分之一秒；在极性液体中，如具有氢键键合倾向的胺类、醇类、羧酸类、醛类、二醇类中，恢复时间长达数月之久，它取决于气相二氧化硅的浓度和其分散程度。气相二氧化硅预分散后加入到成品漆中，为了提高其分散质量，通常采用高速分散机或三辊机，若分散不充分，漆膜有颗粒，影响光泽度。已有文献报道将气相二氧化硅作为防沉剂加入到铜一丙烯酸树脂导电涂料中，经过试验证明：气相二氧化硅能够使热塑性丙烯酸树脂产生触变性，防止填料粒子的沉降，但添加量过多，涂料成凝胶状态，涂层的导电性降低。 2．4聚烯烃微粒

聚烯烃微粒溶胀和分散于非极性溶剂中，制成凝胶体，可作涂料流变助剂用，有防沉和防流挂的作用。特别是防止烘烤流挂，因为它受热熔融，可与成膜树脂物理地结合而形成一体结构。聚烯烃微粒提供优良的颜料悬浮体而不明显增稠。在稀释到喷涂黏度时使颜料悬浮在体系中，改善流平性，防止在浸渍槽、喷漆罐和贮存容器中结块。有助于防止喷涂中有时发生的拉丝现象。在烘烤中防止流挂，加强颜料湿润，有助于贮存中保持黏度稳定性，在闪光漆中还可控制金属片良好定向和提高冲击性能。

3防沉剂的发展

目前现有的溶剂型和无溶剂型涂料用防沉剂，或多或少存在一些缺点，如添加较难、消光、对温度敏感等，为了改善此类问题和满足在多种体系中添加的要求，一些具有独特化学结构和作用机理的新型流变助剂应运而生。 3．1改性氢化蓖麻油

用酰胺对氢化蓖麻油进行改性，酰胺改性后氢化蓖麻油成功地提高了工业涂料的抗溶剂等级。多年来，这类流变剂已成功地应用于各种工业涂料，尤其是重防腐涂料和海洋涂料。但这类流变剂在使用时仍有假稠等缺点。新型的特殊酰胺改性氢化蓖麻油，例如英国CrayValley公司的CrayvallacSuper(CRSuper)流变剂，具有更优异的性能，使用更方便，能够适应更广泛的溶剂范围，涂料的贮存稳定性好，有良好的涂装性能和抗流挂能力，长期贮存对涂膜光泽没有明显的影响等。

CRSuper的一个良好的应用领域是涂装时很容易流挂的高固体分涂料。当然，使用高触变性的有机黏土也能够改善其抗流挂性，但涂装时黏度太大，流平性变差。表1比较了CRSuper和易分散有机黏土的效果。这种高固体分涂料的流变性很难控制，因为相对分子质量低的醇酸(涂料中尚有少量溶剂)在溶剂蒸发过程中黏度几乎不增大。此外，流变剂不能使涂料的黏度增加太大，因为黏度太大，涂装困难。

表1CRSuper和易分散有机黏土的流变性能对比

从表1可知，CRSuper在很小的添加量下就能满足这些要求，特别是黏度不高而义能有效地抗流挂。

3．2改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液

改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液(BYK-410)是一种适用于溶剂型和无溶剂型涂料用流变助剂，这种助剂是通过用溶剂或液体树脂的“稀释”而发挥作用的。BYK-410通过与涂料体系有选择地不相容，在合适的搅拌速度下，产生细小、针状结晶，通过结晶间的键合力，形成三维网状结构，从而为体系提供了较强的触变性，也就提供了优越的防沉、防流挂性能。当涂料贮存时，BYK-410利用三维网状结构将各颜料组分托住，有效防止颜、填料的沉降，同时黏度上升。而当施工时，由于给体系一定的剪切力，BYK-410的网状结构被破坏，黏度迅速下降，达到施工要求。当剪切力消失后，这种网状结构在几秒内便可建立，从而防止了漆膜的流挂。

这种流变助剂无色透明，不会给体系增加颜色，后添加能产生最佳效果，防流挂性好，用量少。防沉剂加入量为1%～3%，因是预凝胶，不存在与树脂混容性问题，但必须要求中等极性介质。葛利将BYK-410加入到PU亚光漆中作防沉剂起到良好效果。贺继东将BYK-410加入到丙烯酸树脂涂料和醇酸面漆中并同其他防沉剂比较，结果见图1和图2。试验证明，BYK-410调漆时后加入效果最佳，而其他防沉剂须经研磨或活化才能取得全面的流变活性。

3.3钛酸酯偶联剂

钛酸酯偶联剂能在无机填料和有机聚合物之间形成化学键，这种偶联剂的特点是能在填料表面形成单分子层而不会形成多分子层，并且由于其本身的化学结构特点，使钛酸酯偶联剂具有表面改性效果。钛酸酯的烷氧基与无机颜、填料表面化学结合，并与有机聚合体交联而增加黏度。

钛酸酯偶联剂中引入—SO3H等基团，增加有机物的触变性，防沉能力提高。有人将钛酸酯偶联剂加入到易沉淀的钼铬红颜料中制漆进行试验，比较了传统防

沉剂与钛酸酯偶联剂的防沉效果，结果表明：钛酸酯偶联剂在研磨前加入，较前面的流变助剂优越的是这种助剂无需预分散，加入没有限制，也没有前面所述流变助剂中提及的难添加、对温度敏感、消光的问题，相反钛酸酯偶联剂的少量加入会增加光泽。 4结语

防沉剂在现代涂料中起着重要作用，对涂料的生产、贮存、涂装和涂膜性能产生重要影响，因而其使用日益受到重视，并不断发展出具有更好性能的新型品种。目前，防沉剂的品种已比较齐全，基本上能够满足现代涂料的要求。防沉剂的发展技术有两个方向：一是提高原有产品的性能，增强其在涂料中的使用效果，保证使用安全性，方便使用；二是开发新型品种，继续满足现代高性能涂料不断出现的新要求。

沉剂与钛酸酯偶联剂的防沉效果，结果表明：钛酸酯偶联剂在研磨前加入，较前面的流变助剂优越的是这种助剂无需预分散，加入没有限制，也没有前面所述流变助剂中提及的难添加、对温度敏感、消光的问题，相反钛酸酯偶联剂的少量加入会增加光泽。 4结语

防沉剂在现代涂料中起着重要作用，对涂料的生产、贮存、涂装和涂膜性能产生重要影响，因而其使用日益受到重视，并不断发展出具有更好性能的新型品种。目前，防沉剂的品种已比较齐全，基本上能够满足现代涂料的要求。防沉剂的发展技术有两个方向：一是提高原有产品的性能，增强其在涂料中的使用效果，保证使用安全性，方便使用；二是开发新型品种，继续满足现代高性能涂料不断出现的新要求。

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