水性涂料助剂[1]

中国涂料在线水性涂料用助剂 林宣益 （上海申得欧有限公司， 201201 ）摘 要：本文介绍了近几年来各类水性涂料助剂的发展情况， 以及在水性涂料配方中各组分之间的互相作用。

● 关键词： 水性涂料助剂；发展；互相作用・ 近年水性涂料助剂发展概述 随着我国加入 WTO ，国内助剂市场已基本国际化，所以国内各种助剂的发展情况基本与国际相似。

・ 湿润分散剂 ・ 湿润剂 湿润剂的发展趋势之一是逐步取代聚氧乙烯烷基苯酚醚（ APEO 或 APE ）类湿润剂，原因是其导致大白 鼠雄性激素减少，干扰内分泌等。

在乳液聚合时，聚氧乙烯烷基苯酚醚被广泛用作乳化剂。

双胞表面活性剂也是新发展 [1] ，它是由间隔基连接的两个双亲分子，双胞表面活性剂最显著的特点是临 界胶束浓度（ CMC ）比其“单胞”表面活性剂低一个多数量级，其次是高效。

TEGO Twin 4000 就是双 胞硅氧烷表面活性剂，并具有不稳泡和消泡性 [2] 。

Air Products 开发了双胞表面活性剂（ Gemini surfactants ）。

传统的表面活性剂具有一个疏水基的尾和一 个亲水基的头，而这种新表面活性剂却具有 2 个亲水基和 2~3 个疏水基，是一种多功能表面活性剂，称 为乙炔二醇类，产品如 EnviroGem AD01 。

・ 分散剂 据报道 [3] ，磷酸酯分散剂是单酯、双酯、残余醇和磷酸组成的混合物，其结构式如图 1 所示。

图 1 磷酸酯分散剂 磷酸酯分散剂能稳定颜料分散体，包括活性颜料，如氧化锌。

在有光涂料配方中，能提高光泽和擦净性。

不 同于其他湿润分散剂，加入磷酸酯分散剂不影响涂料的 KU 和 ICI 黏度。

近些年来，分散剂的发展趋势之一是向高分子量发展。

如乳液聚合法生产的高分子量分散剂 EFKA-4580 [4] 是专为水性工业涂料而开发的，适用于有机和无机颜料分散，耐水性好。

通过酸碱作用或氢键作用， 氨基对许多颜料都有很好的亲和力。

以氨基丙烯酸为锚固基的嵌段共聚分散剂得中国涂料在线到重视 [5~7] ，如图 2 所示。

据报道， Tego Dispers 655 湿 润分散剂用于水性汽车漆中，不仅能使颜料定向， 而且可阻止铝粉与水反应。

由于对环境的关注，开发了易生物降解的湿 润分散剂，如 EnviroGem AE 系列 双胞湿 润分散剂，就是一 种低泡 湿 润分散剂。

图 2 以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为锚固基的分散剂 据报道， Tego Dispers 655 湿 润分散剂用于水性汽车漆中，不仅能使颜料定向， 而且可阻止铝粉与水反应。

由于对环境的关注，开发了易生物降解的湿 润分散剂，如 EnviroGem AE 系列 双胞湿 润分散剂，就是一 种低泡 湿 润分散剂。

・ 消泡剂 传统水性涂料消泡剂一般分为 3 大类：矿物油类消泡剂、聚硅氧烷类消泡剂和其他类消泡剂。

传统水性涂 料消泡剂以与水相不相容而达到消泡目的，因此处理不好容易产生涂膜表面缺陷。

近几年开发了分子级消泡剂， 这种消泡剂是将消泡活性物质直接接枝在载体物质上形成聚合物。

该聚合物分 子链上带有湿润作用的羟基，消泡活性物质分布在分子四周，活性物质不易聚集，与涂料体系相容性良好。

这类分子级消泡剂有矿物油类，如 FoamStar A10 ；含硅类，如 FoamStar A30 ；非硅非油聚合物类，如 FoamStar MF 系列 [8] 。

另据报道 [9] ， 这种分子级消泡剂是以超接枝星形聚合物作为不相容表面活性剂， 在水性涂料应用中取得很好结果。

Stout 等 [10] 报道的 Air Products 分子级消泡剂是乙炔二醇类的，兼具湿润性的控泡剂和消泡剂，如 Surfynol MD 20 和 Surfynol MD30 等。

此外，为了满足生产零 VOC 涂料的需要，也有不含 VOC 的消泡 剂，如 Agitan 315 、 Agitan E 255 等。

・ 增稠剂中国涂料在线目前常用的增稠剂有纤维素醚及其衍生物类增稠剂、缔合型碱溶胀增稠剂（ HASE ）和聚氨酯增稠剂 （ HEUR ）。

・ 纤维素醚及其衍生物 目前，纤维素醚及其衍生物类增稠剂主要有羟乙基纤维素（ HEC ）、甲基羟乙基纤维素（ MHEC ）、乙 基羟乙基纤维素（ EHEC ）、甲基羟丙基纤维素（ MHPC ）等。

疏水改性纤维素（ HMHEC ）是在纤 维素亲水骨架上引入少量长链疏水烷基，从而成为缔合型增稠剂，如 Natrosol Plus Grade 330 ， 331 ， Cellosize SG-100 等，其增稠效果可与分子量大得多的纤维素醚增稠剂品种相当。

・ 碱溶胀型增稠剂 碱溶胀增稠剂分为两类：非缔合型碱溶胀增稠剂（ ASE ）和缔合型碱溶胀增稠剂（ HASE ）。

Elements 公司开发了不含 VOC 和 APEO 的 HASE 增稠剂，如 Rheolate 125 。

据陶氏公司的 Olesen 等 [11] 介绍，在配色漆时，当色浆用量约为 4%~8% 时，加入色浆后涂料的斯托默 黏度约下降 30KU~40KU ，从而造成相同品种不同颜色涂料黏度不一致、流挂和贮存稳定性下降等问题。

专门开发的 HASE 增稠剂 UCAR POLYPHONE T-900 和 T-901 对加入色浆不敏感， 因此适用于待配色涂 料和基础漆的增稠。

对于醋丙乳胶漆，可单独用 UCAR POLYPHONE T-900 ，或以 UCAR POLYPHONE T-900 为主，加少量 UCAR POLYPHONE T-901 。

对于细粒径的纯丙和苯丙乳胶漆，应以 UCAR POLYPHONE T-901 为主，配少量 UCAR POLYPHONE T-900 。

・ 聚氨酯增稠剂和疏水改性非聚氨酯增稠剂 聚氨酯增稠剂简称 HEUR ， 是一种疏水基团改性的乙氧基聚氨酯水溶性聚合物， 属于非离子型缔合增稠剂。

环境友好的缔合型聚氨酯增稠剂开发受到普遍重视，如 Rheolate 210 、 Borchi Gel 0434 、 Tego ViscoPlus 3010 、 3030 及 3060 等都是不含 VOC 和 APEO 的缔合型聚氨酯增稠剂， BYK-425 是不含 VOC 和 APEO 的脲改性聚氨酯增稠剂。

除了上面介绍的线性缔合型聚氨酯增稠剂， 还有梳状缔合聚氨酯增稠剂。

所谓梳状缔合聚氨酯增稠剂是指每 个增稠剂分子中间还有垂挂的疏水基，如 SCT-200 和 SCT-275 等。

南方化学公司开发了疏水改性氨基增稠剂（ hydrophobically modified ethoxylated aminoplast thickener-HEAT ） [12] 。

这种氨基树脂可接 4 个封端疏水基，但这 4 个反应点的活性是不一样的。

在正 常的疏水基加量时，也只有 2 个封端疏水基，这样合成的疏水改性氨基增稠剂和 HEUR 没有多大区别， 如 Optiflo H 500 （见图 3 ）。

若加入较多的疏水基，如达 8% ，调节反应条件，可生产出具有多个封端 疏水基的氨基增稠剂。

当然，这也是一种梳状增稠剂。

这种疏水改性氨基增稠剂能防止配色时，由于加入色 浆，带入大量表面活性剂和二醇类溶剂，而造成涂料黏度下降问题。

原因是强疏水基能阻止解吸，以及多疏 水基有强缔合作用。

这种增稠剂如 Optiflo TVS 。

中国涂料在线注：图中锯齿状表示疏水基 图 3 HEAT 结构示意图 改性聚脲增稠剂是 BYK 公司开发的增稠剂 [13] ，其结构如图 4 所示。

它的增稠机理是既有氢键的作用， 也有端基的缔合作用。

与一般增稠剂比较，它的防沉降和抗流挂性能好。

根据端基的不同极性，改性聚脲增 稠剂可分为 3 种：低极性聚脲增稠剂、中极性聚脲增稠剂和高极性聚脲增稠剂。

前两种用于溶剂型涂料增 稠，而高极性聚脲增稠剂既可用于高极性溶剂型涂料中，也可用于水性涂料增稠。

低极性、中极性和高极性 聚脲增稠剂的商品分别如 BYK-411 、 BYK-410 和 BYK-420 。

图 4 改性聚脲增稠剂结构示意图 ・ 成膜助剂 常用的成膜助剂有 Texanol 、 Lusolvan FBH 、 Coasol 、 DBE-IB 、 DPnB 、 DOWANOL PPh 、醇酯 12 等。

在我国大多数企业使用 Texanol 和国产醇酯 12 。

尽管成膜助剂对乳胶漆的成膜有很大作用，但成 膜助剂是有机溶剂，对环境有影响，所以发展方向是环境友好型的有效成膜助剂。

一是降低气味。

Coasol 、 DBE-IB [14] 、 Optifilm Enhancer 300 、 TXIB 和 Texanol 的混合物 [15] 都 能降低气味。

尽管 TXIB 在降低 MFT 和早期耐洗刷性稍差，但通过和 Texanol 的混用，能在这些方面得 到改善。

二是降低挥发性有机物（ VOC ）。

在欧洲， VOC 是指那些沸点等于或低于 250 ℃ 的化学物质。

沸点 超过 250 ℃ 的那些物质不归入 VOC 的范畴，所以使成膜助剂向高沸点发展。

如 Coasol 、 Lusolvan FBH 、 DBE-IB 、 Optifilm Enhancer 300 、二异丙醇己二酸酯 [16] 。

三是低毒、安全、可接受的生物降解性。

四是活性成膜助剂。

丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯 DPOA ） （ 是不饱和的可聚合有机物， 均聚物 Tg= 33 ℃ ， 无气味。

其结构式如下：中国涂料在线在较高 Tg 值的乳胶漆配方中，不需成膜助剂，而加 DPOA ，并加入少量催干剂，如钴盐。

DPOA 就可 降低成膜温度，使乳胶漆在室温成膜。

但 DPOA 不挥发，不仅环境友好，而在催干剂作用下进行氧化自由 基聚合，增加了涂膜的硬度、抗粘性和亮度。

因此， DPOA 被称为活性成膜助剂 [17] 。

・ 防腐防霉防藻剂的发展 ・ 有机防腐剂和防霉剂的发展 有机防腐剂和防霉剂主要向不含氯、低毒高效、广谱、长效和降低挥发性有机物（ VOC ）方向发展。

防腐剂和防霉剂的发展受环保法规影响较大。

一是对甲醛的限制。

二是对含氯防腐剂和防霉剂的限制， 例如， 《欧洲危险物质导则》（ European Dangerous Substances Directive ）规定，当 5- 氯 -2- 甲基 -4 异噻唑啉 -3- 酮 /2- 甲基 -4 异噻唑啉 -3- 酮，简称 CMIT/MIT 超过 15ppm 时，应贴危险品标签。

因此，就有以 CMIT/MIT 和 1 ， 2 苯并异噻唑啉 -3- 酮（简称 BIT ） 复合或 1 ， 2 苯并异噻唑啉 -3- 酮 /2- 甲基 -4 异噻唑啉 -3- 酮（简称 BIT/MIT ）取代 CMIT/MIT 的发展趋势。