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?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??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。