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一、添加剂概述

添加剂的用量一般在0.1%至2.0%之间,加入颜料中用以改进颜料的各种性质,如调节粘度、防沉淀结皮、加速干燥、防失水、抑泡消泡、改善触变性、防浮色发花、消除结块、防霉抗菌、改进流动和流平、调节光泽、提高稳定性、改进刷涂性、提高遮盖力等。

二、添加剂性能作用

1.触变性

触变性是涂料在搅动和紧接着的静止中所进行的胶状-液体-胶状过程的性质。涂料在静止时通常是固体或胶状形态,但在搅动后会变成流动性很好的物质,这种情形可以通过不滴落的涂料来显出。涂料在刷子上形成胶状,不会在刷子上流动或滴下来,刷动时则成为液体状,可以平刷的很好,刷涂后在施工表面上形成胶状,防止下垂或坠块。

增加底质和膨胀的剂料,可以变动颜料在基料中的溶解特性,从而赋予粘流性质,如膨润土、特种的碏状有机化合物、胺类肥皂等。

2.凝胶和成肝化

用来表示涂料、喷漆或瓷漆在老化后结成固体的能力,实际上是表示固体在液体中的分散情形,尽管具有固体性质,但仍保持相当量的液体。之所以有凝胶或肝化现象,是因为颜料和基料的反应,如碱性颜料(氧化锌、白铅或红铅)在酸性基料中研磨。

氧化橡胶漆在罐藏中有时会形成胶状,可以通过添加少量的氯环氧丙烷添加剂以防止这一情形的发生。

3.结块或消块

大部分产生结块(絮状)的剂料是过度聚合的液体,趋向于减低基料的润湿性能,到某一程度时会使颜料从分散相中沉淀。在制造涂料时,如果粘度太低,可以加些过聚合油料,如TroykydBodying和PuffingAgent2lBA、Nuodex’sNuvisB等,可以使粘度到所需要的程度。另一方面,如果涂料粘度过大,在涂料中会肿粒,在施工应用时会产生似乎含有砂子的粗糙薄膜,在此情形下需要加消块剂,如润湿剂即可有效的消除结块。

4.润湿

可以使用润湿剂来控制体系的粘度,润湿剂帮助基料润湿颜料,同时降低涂料的粘度。润湿剂还可以改善光泽度和保持光亮度,使得在涂料体系中能够加入更多的颜料,同时还能改善涂料的流平性和防制产生肿粒。常用的润湿剂有环烷酸锌盐、松脂酸锌盐、蛋黄素等。

所有的颜料在生产过程的不同阶段都有被水润湿的可能,并且颜料在空气中或多或少的会吸收潮气,因此对于颜料颗粒,其被涂料基料所润湿的相对容易程度是首先碰到的问题。给出一个典型的例子,白铅是一种被干性油比被水还容易润湿的颜料,把亚麻油混合在粘稠的白铅水浆中,到某一程度时,白铅浆中的大部分的水为油所替代而可从油质浆中倾倒出。

对高遮盖力颜料和扩展剂颜料润湿程度的评价,可有下列三种情形:

(1)颜料快速散注到亚麻油中,颜料水浆中高含量的水份被替代;

(2)颜料在颜料浆中为油料所吸取,但并不驱走任何水份;

(3)颜料在颜料浆中并不吸收任何油量。

5.沉积

在极端情形下,沉积又称作结块,表示涂料中的固体(通常是颜料)或部分固体从涂料基料中分离出,落在容器的底部。当情形不严重时,这些沉积物很容易被搅动,重复分散在基料中,这叫做“轻度沉积”;如果很难再次分散,则叫做“结块”。为改善这些情形,可加入某些增稠剂,其中最常用的是硬脂酸铝盐。

6.结皮和干燥

涂料曝露在空气中,会在表面形成一层皮,其原因通常是由于干燥,即氧化和聚合作用。消除此现象最有效的方法是加入抗氧化剂,通常称为抗结皮剂。和结皮相对的是干燥,实际上,某些不需要干燥剂的涂装体系可通过蒸发进行干燥,如喷漆和许多乳浆涂料。干燥过程是氧化或聚合,或二者同时完成,通常需要加入干燥剂,一般为金属皂。有一种1,10-菲咯啉不含皂,但他们本身非常有效,也经常与钴和锰皂干燥剂一起使用。金属皂的金属离子可以为钴、钙、锰、铅、铁和锆,用来和金属反应成皂的重要酸类有环烷酸、高油脂肪酸。这些皂类必须可溶于油才能起到干燥剂的作用。

在涂料中,钴皂是最强有力的干燥剂,它们主要是加速薄膜的氧化,对于聚合作用则很少有影响。铅并不是有效的氧化触媒,但却是非常好的能加速薄膜聚合作用的触媒。所以钴和铅加起来,可以产生一种完全干燥的薄膜。钙干燥剂几乎没有毒性,所以可使用钴和钙制造无毒的干燥剂,而不能使用钴-铅干燥剂。

7.老化失干

所谓“老化失干”是指涂料在最初制造时的干燥情况很好,但储藏后在容器中老化,损失了它们的干燥速度。这一损失过程可能非常慢,有时要经过几个月或更多的时间,但有时失去干燥性可能只需两至三星期。

颜料中如炭黑、波斯蓝、二氧化钛、某些有机红,以及其它一些颜料,最初的干燥情况很满意,但经过几星期或几个月后就失去了干燥性能,使得原来4小时可以干燥的涂料,甚至超过4天还不干燥。消除这一问题,可以采用所谓的“干燥剂吸收”方法,基于的原理是这些颜料趋向于吸收干燥剂。但当涂料中含有一定浓度的非活性金属时,颜料吸收干燥剂的情形会被抑制,其原因目前仍不清楚。适当的铅复合物是有效的干燥剂之一,在涂料中慢慢的溶解并同时释放出铅。

8.发泡现象

一般是水性涂料才会产生泡沬或发泡,但在某些溶剂型涂料中也有这种严重的问题,特别是在工艺的最后加工阶段。所谓发泡,是指稳定的泡沬因为搅动、吸收空气、煮沸以及其它原因,在气-液界面产生气泡,去泡有时需要几天甚至几个月。当涂料制成后,可在制漆锅中保存2~3天来解决这一问题,但这样会严重影响到工厂的生产计划。低粘度的涂料会减少发泡,升高温度也可以帮助去除泡沬,但最实际的方法还是使用消泡剂,消泡剂有降低表面张力的作用,可以快速的消除涂料中的泡沫。

9.颜料的研磨

除了在钢珠磨机中,对颜料进行研磨很少甚至不会使颗粒变小,而只是使颗粒结块分离成为小块,最理想的情况是成为单一颗粒,易于为基料所润湿。

涂料基料润湿颜料是破坏颜料颗粒间的粘合力,帮助基料润湿每个单一的颗粒,使颜料和基料间紧密的接触和附合,同时降低颜料颗粒间的粘合力以避免再次形成结块。

添加剂可以改进研磨性质,增进基料的润湿特性,使原来润湿性不好的基料变成润湿性优良的基料。这些添加剂也可以使颜料的添加量增加,从而提高产量。

10.不透明度或遮盖能力

遮盖能力是颜料的重要性质之一,和颜料的折射率有密切关系,但也受颜料的颗粒大小、颜料容积浓度(PVC)、分散程度,以及颜料与基料或涂料液体折射率之间差别的影响。

测量遮盖力有许多方法,工业上常用的、比较简单和方便的方法是对比率法。在大部分的遮盖力试验中,具有对比率>98%的可称作完全遮盖。

所谓对比率,是指一个白色物体的反射率与一个黑色物体的反射率之间的比率。在涂料领域中,通常以反射率约80%的白板作为对比率的标准。

11.发霉和生菌抵抗力

霉菌和真菌可以从各种有机物质中得到养料,有些细菌会在涂料薄膜中生长,而使得薄膜变黑、变绿,或产生其它形式的褪色;有些细菌则生长在涂料薄膜内,或进入薄膜中,实际上破坏了涂料薄膜,甚至还会破坏和侵袭木质基材。

防霉剂或杀菌剂通常可以防止霉菌在涂料表面的生长。霉菌的生长和气候有关,潮湿是霉菌生长的必需条件,因而潮湿气候对霉菌的生长有利。以氧化锌作杀菌剂,可以有效的控制霉菌。但最有效的、在各种情况下都可以用作防霉剂的是苯基汞化物,一般是十八烯酸、丁二酸、环烷酸和乙酸盐类的形式。使用汞化物的主要问题是涂料制造时的处理和环境污染问题,所以要限定此类防霉剂的用量并尽量减少处理手续、减少和皮肤接触的机会。

12.罐藏稳定性

有些防霉剂可以有效的增加罐藏稳定性,这一问题在乳胶或水性体系中最为严重,如果不采取有效的措施,则会造成涂料腐败,产生坏味和气体,使储罐膨胀;另一种情形是涂料虽不腐败,但粘度减低,变得非常稀薄。

在所有的乳胶涂料中都含有水和纤维质,这些物质会引起细菌的生长,从而降低某些组分的品质,特别是增稠剂,其结果是失去粘度,产生气味和形成气体。加入添加剂杀死微生物可产生消毒系统,但此方法不能除去酵母菌,它们会侵袭增稠剂而使粘度减低,此时可以再加增稠剂和加大防霉剂的用量。在需要无毒的情形下,有机化合物和铝化合物都是有效的防霉剂。

13.流动性和流平性

光滑平流的薄膜必须和涂料施工方法无关,所以刷涂的涂料要没有明显的刷痕、喷漆要没有橘皮效应、辊涂的没有辊筒痕迹、浸渍法施工的涂料则要避免涂料条纹和丝状现象。然而并不是所有的涂料都需要有好的流动性和流平性,应用蒸发慢的溶剂、性能良好的基料和经特殊处理的颜料,都可以改善流动性和流平性。大部分流平改性剂会改善基料的润湿特性,使基料能更好的润湿颜料。

14.流泻和下垂

湿的薄膜可能会趋向于过度的平流,以致在垂直表面上流动,使涂膜的底部比上部厚;或者涂料涂覆不均匀,各种不同厚度的涂料产生不均匀的流动,厚的部份向下流的要多一点,产生所谓的山峰现象,而在薄的部份变的更薄,成为“凹谷”。

事实上,流泻和下垂与涂料施工的关系较大。流动性质非常好的涂料没有刷涂迹象,当小心的施涂时,不会有下垂现象;反之,施涂不当则会有不良的流泻或下垂情形。一般而言,可在涂料中引进“结构”或“粘流性”以防止涂料的下垂。

15.光亮和光亮失落

与涂料光亮度有关的因素很多,如最后加工的颜色、观察的角度、反光的角度、表面形式、涂料的平滑程度。一般而言,光亮度是一种表面光反射的性质,通常和发光性质、反射影像的清楚程度等相同。如果同一颜料的PVC相同,使用润湿性良好的涂料基料与润湿性较差的基料相比,会产生更光亮的涂膜。能够改进光亮度的添加剂也趋向于改善涂料基料的润湿特性,这类添加剂有环烷酸锌类、各种胺类、蛋黄素和脂肪酸类等。

光亮失落可能有下列原因:

(1)慢慢的发展出微细的皱纹,此种现象可通过调整干燥剂和干燥剂中金属的含量和型态来改善;

(2)曝露在紫外线中而使得涂膜表面降解,其降解程度可以通过使用抗粉化的二氧化钛而减低至最小;

(3)基料的组分不当,缺少光亮耐久性,可在基料中加入某些组分,如脂肪酸;

(4)在某些喷漆、瓷漆中会发生光亮失落的现象,可通过改变基料成份来补救;

(5)形成了减少光亮度的反应物,如皂类;

(6)聚合作用在干燥涂膜中继续进行,使得光亮失落,改进方法是选择适当的基料、加工方法或颜料。

16.平光

有时需要获得一种暗淡的涂装效果,如果使用了颜料,则可以增加PVC,达成清晰的平光效果涂膜最简单的方法是应用硅藻土或无定形氧化硅。

17.刷涂

不良的刷涂性是指刷涂涂料时的连续拖曳现象。产生这一现象的原因很多,如涂料配方不当、基料组分的相容性较差,以致变厚或形成胶状。加入耦合溶剂或高溶剂性的溶剂与加热涂料,都可以加以改正;相反的,在冷表面上涂刷经常会产生拖曳。良好的刷涂性能要求在间隔时间内,涂刷面和已涂刷面相接合。在一定的间隔时间内,邻近的涂料需要有足够的流动性以至于可以接触前一次的涂刷面。加入更多的基料、使用不易挥发的溶剂或加入添加剂,都可以改进涂料的刷涂性质。

18.颜色耐久性

白色、浅淡色或透明颜色的薄膜,会因太阳光、人造光或热的关系而多多少少变成黄色或棕色,烘烤加工也会造成同样的结果。这一变化部分是由于氧化加速,部分则是由于分解作用,通常产生的为酸性产品。变黄的原因则可能是基料、颜料或其它成份,特别是干燥剂,或是综合的原因。一般来说,基料对薄膜颜色的影响最大,干燥的时间长短、温度高低及周围气候情形,对会影响到基料的颜色。

调整有关因素可以改善颜色的耐久性,如加入添加剂。室外应用最有效的是紫外光吸收剂,可减低紫外线的作用,适宜室内应用的是某些性能优良的润湿剂。

19.渗入性

所谓渗入性是指涂料在施涂表面渗透或侵入到表面中的性能。好的渗入性常常和好的润湿基料有关,但一个好的润湿基料不一定是一种渗入基料。渗入度既不是好的性质,也不是坏的性质,完全要视情形而定。某些添加剂可以改进渗入性。

20.皱纹

皱纹是涂膜在干燥时表面上形成折叠的现象,相关的原因有施涂或配方,或两者都有。过度的厚涂,或有时使用过量的干燥剂,常常会产生皱纹;当涂料的表面有皮形成后,表面下的干燥会使表面扩张,以致造成皱纹;有时干燥期间的湿度变化过大也会导致皱纹的产生。

在不利的情况下,如果涂膜较薄,并且均匀,则可以避免皱纹。在涂料中加入过多的亚麻油,会促进皱纹产生,或是表面不均匀甚至破裂。如果涂料在某一处集中太多,也可能形成皱纹。通常情况下,最后用烘烤处理进行加工比在空气中干燥更能避免皱纹。减少皱纹可以通过以下几种方法:

(1)减少干燥剂用量;

(2)少用钴干燥剂,增加铅干燥剂用量,或使用环烷酸锌盐;

(3)当有铅存在时,可用环烷酸钙。

有一类涂装需要有皱纹,即所谓的“皱纹”加工,对于此情形,基料非常重要,同时要选用适当的干燥剂,如钴-锰干燥剂。

21.胶质液保证剂和基料剂

胶质液保证剂和基料剂包括许多物质,直链型的有甲基纤维素、丙稀酸酯、淀粉、羰基纤维素、羟乙基纤维素等,立体型的有酪素、黄豆蛋白等,适量使用可以增加粘度从而稳定胶质液,同时防制它们的颗粒彼此接近而连结在一起。这些物质还常常可以改进涂料的施涂性质,而不会影响到涂膜的特性。

  
   
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