涂協(xié)水性漆會議資料課件

水性涂料配方設(shè)計初探

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1、水性漆“水性漆”定義，以水為溶劑或稀釋劑的涂料的泛稱。意義與“溶劑型涂料”的含義是一致的。水性漆可細(xì)分為若干大類。按樹脂類別劃分：水性醇酸漆、水性氨基漆、水性雙組份聚氨酯漆、水性環(huán)氧漆等。按用途劃分：建筑涂料、工業(yè)涂料、汽車涂料、木器涂料、防腐涂料等。按涂裝方式劃分：噴漆、手刷漆、電泳漆、浸涂漆、滾涂漆等?？催^上述分類會使我們不由自主地想到：涂料發(fā)展進(jìn)入了新時代迎來了一個新的里程碑。發(fā)展的動力是環(huán)保與健康，是人類的需求！是社會的需求！是健康的需求！是人類賴依生存的基礎(chǔ)。在新事物面前難免會懷舊、會留戀、會對比。會發(fā)生許多不如人意的事。需要慢慢地適應(yīng)她、呵護(hù)她、推動她。這是歷史潮流，只有溶入這個潮流才會發(fā)展、才會前進(jìn)、才會從中獲得更大的效益！這是一個利己、利民、利國的千秋萬載的大事業(yè)！2

2水性涂料與溶劑型涂料的區(qū)別

水油兩涂料相比。就技術(shù)和性能而論，差距還很大。水性涂料還趕不上溶劑型涂料。水性涂料發(fā)展的主要動力是環(huán)保、節(jié)能和健康。溶劑型涂料有幾百年的發(fā)展史，我國水性工業(yè)漆的發(fā)展史不足20年，最早建筑涂料也只有50余年的歷史。在這么短的時間內(nèi)要趕上溶劑型涂料的水平是不現(xiàn)實的。

2-1樹脂是造成兩類涂料性能差別的主要原因之一。以水性醇酸樹脂和油性醇酸樹脂為例。合成工藝和原材料基本相同。區(qū)劑在于水性醇酸樹脂要親水，合成時多數(shù)采用酸超量或者二次酯化法。這就導(dǎo)致了兩種樹脂產(chǎn)生差別：

區(qū)別一，溶劑型涂料樹脂固含量高，豐滿度好；溶劑揮發(fā)受相對濕度（RH）影響較小，揮發(fā)速度較快，涂膜干燥時間較短。水性涂料樹脂固含量低，豐滿度差；混合溶劑揮發(fā)受相對濕度或臨界相對濕度（CRH）影響大，揮發(fā)速度較慢，涂膜干燥時間較長。

區(qū)別二、水性醇酸和溶劑型醇酸都屬于氧化聚合干燥型涂料。3

干燥有四個階段，每一階段都離不開催干劑的幫助。催干劑是有活性的金屬鹽。陰離子部份是異辛酸或環(huán)烷酸，陽離子是化合價可變的金屬，例如鈷，錳、鈣、鉛、鉛鋯、鋅等。在溶劑型涂料中樹脂和干料都是以分子狀態(tài)溶解在涂料中催干效果良好。在水性涂料中樹脂和干料與溶媒相容性都不好，導(dǎo)致催干效果不佳。區(qū)別三、水性醇酸不是以分子狀態(tài)溶解在水中的，而是依靠大分子中被胺中合的氨基分散在水中。所以外觀是乳狀液，分子親油部份是以卷縮狀分散在水相中。這與溶劑型醇酸以分子狀態(tài)均勻的溶在溶劑中不相同，這樣會影響到它們的干燥固化速度和最終涂膜的性能如硬度和耐水性。再以單組份的丙烯酸乳液涂料為例。這種樹脂多用于制作金屬防銹底漆和木器漆。雖然樹脂類型有所區(qū)別，但成膜機(jī)理相同。這些涂料在應(yīng)用領(lǐng)域，與溶劑型涂料相比，差距很大。溶劑型木器漆主要是雙組份PU涂料，性能好，價位低。而水性木器漆價格和性能都不占優(yōu)勢。它的優(yōu)勢就是健康、環(huán)保、節(jié)能。當(dāng)今市場的單組份水性丙烯酸木器漆是受價格和原料來源等諸多4因素的影響才逐漸形成的木材涂料體系。丙烯酸乳液是熱塑型樹脂。成膜劑使聚合物溶漲、相互聚結(jié)、滲透、纏繞，在毛細(xì)管力的作用下融合成膜。它們之間沒有或缺乏官能基交聯(lián)，所以導(dǎo)致涂膜性能不好。而雙組份PU涂料，分子間通過氨酯鍵交聯(lián)，整個涂膜是一個相互交聯(lián)的網(wǎng)狀體。在耐水、硬度、耐化學(xué)等性能上，單組份水性丙烯酸木器漆是趕不上的。就實際性能而言丙烯酸樹脂作木器漆不是理想的。長處用不上，短處更明顯。水性雙組份PU涂料和溶劑型雙組份PU涂料是可比的，但性能差距也很大。原因與水性醇酸的區(qū)別之一和三相類似。怎么比？比什么？用單組份的水性丙烯酸和雙組份溶劑型聚氨酯相比不合理也不公平。但這是當(dāng)前木器漆的現(xiàn)狀。應(yīng)用領(lǐng)域沒有錯，人家需要的是性能和涂裝工藝的習(xí)慣性。生產(chǎn)單位也沒錯，受環(huán)保、價格、原料來源的影響丙烯酸乳液最合適。市場和生產(chǎn)有待磨合！丙烯酸乳液合成工藝及原料路線都很成熟，不同單位的產(chǎn)品性能雖有差距，但不會差別很大。要改善和提高涂料性能，關(guān)鍵是增強(qiáng)成膜時的交聯(lián)率和交聯(lián)密度。5

要達(dá)到這個目的，應(yīng)該從倆方面考慮：其一是乳液合成時使用交聯(lián)單體，例如雙丙酮丙烯酰胺為交聯(lián)單體，接到聚合物上。再與己二酰肼交聯(lián)反應(yīng)生成腙，一端一個肼，可以把二個聚合物聯(lián)接在一起，變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。己二酰肼起了架橋作用，在有水存在的情況下不發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)水揮發(fā)了，肼上的氨基就會取代雙丙酮丙酰胺上的酮基形成腙。在合成聚合物時要考慮交聯(lián)單體的用量和交聯(lián)單體在聚合物中的位置，應(yīng)盡量地增強(qiáng)或提高交聯(lián)率和交聯(lián)密度？其二是在聚合物合成時留下活性官能基，例羥基、氨基等為外加交聯(lián)固化劑提供條件。水性氨基烘漆是人們最認(rèn)可的一種水性工業(yè)漆，主要原因是高溫烘烤，漆膜交聯(lián)固化，成膜性跟溶劑型烘漆相同。雖性能還有些差距，但基本能滿足客戶的需求。在環(huán)保、性能、價格方面達(dá)到了市場平衡。但在涂料生產(chǎn)時的顏料分散和涂膜烘烤時的泡沫問題還有待進(jìn)一步更好地解決和提高。6

水性環(huán)氧烘漆尚好，主要問題在自干環(huán)氧涂料，干燥速度慢、硬度低，還不太客易被市場接受。

2-2水性涂料生產(chǎn)技術(shù)還有待提高前面對因樹脂不同，導(dǎo)致涂料性能的區(qū)別，作了簡要介紹。下面我想對水性涂料生產(chǎn)技術(shù)上不足之處，談些不成熟的看法：

2-2-1助劑的應(yīng)用人們往々會采用溶劑型涂料生產(chǎn)方法，生產(chǎn)水性涂料。助劑會沿用建筑涂料所用助劑。結(jié)果會出現(xiàn)許多問題。人們忽略了一個主要問題，沒有考慮涂料的基材。建筑涂料的基材幾忽是水泥墻。工業(yè)漆的基材絕大多數(shù)是金屬表面，木材表面、塑膠表面，這些物質(zhì)表面的表面能、光潔度、附著物，跟水泥墻截然不同。所需助劑的表面活性能要比建筑涂料高得多，建筑涂料助劑的活性能低，所以不好用。有了問題再重新找助劑解決。對助劑的性能，應(yīng)用領(lǐng)域及助劑之間的匹配性及協(xié)同性等缺乏了解。知之不多或知之不深，往往要反復(fù)實驗花費大量時間。7

水性涂料所用助劑10多種。我認(rèn)為主要問題反應(yīng)在潤濕劑、分散劑、消泡劑、脫泡劑、成膜劑等的應(yīng)用技術(shù)上。還有各種助劑應(yīng)用性能的匹配性及協(xié)同性。

2-2-2溶劑在油性涂料中有機(jī)溶劑種類，VOC沒限止。水性涂料就不同了溶劑主要是水又有VOC限止，所以共存的有機(jī)溶劑除作溶劑外，賦于些特殊功能，像對干燥速度、潤濕、成膜、耐水、脫泡、顏料分散等。如何選用共存溶劑和添加量，對水性涂料制造來說不是件易事。

2-2-3粘度控制粘度控制不應(yīng)體現(xiàn)在利潤上，而應(yīng)體現(xiàn)在性能上。有些涂裝工藝需要高粘度，例如高壓無氣噴涂，需要高粘度涂料，如何增稠，增稠的穩(wěn)定性、流變性、消泡性等難度都很大。又如立面噴涂，涂料的防流掛性、涂膜厚度與涂膜流平性的關(guān)系也不是容易解決的問題。8

2-2-4樹脂互配這在我國涂料生產(chǎn)技術(shù)方面是一個弱項，溶劑型涂料多數(shù)是單一樹脂，即使是雙組份涂料多數(shù)也是1：1。一個樹脂的性能是有限的、價格是固定的、性能調(diào)整是不可能的。多種樹脂拼合，這些問題都能解決。水性涂料更是如此，需要混拼。可以改善成膜性，減少有機(jī)溶劑的使用量，平衡價格，提高豐滿度、光澤、耐水性等諸多性能。目前國內(nèi)大多數(shù)水性漆還是使用單一樹脂，有待改進(jìn)。水性涂料是發(fā)展的初期階段，有些問題不足以為怪。應(yīng)用領(lǐng)域提出些嚴(yán)苛要求是對生產(chǎn)領(lǐng)域的幫助。它會促進(jìn)涂料工業(yè)的發(fā)展。但應(yīng)用領(lǐng)對性能比較要有前瞻性、綜合性、社會性。當(dāng)前可能會犧牲些性能，可我們會換得健康、環(huán)保和節(jié)能，就向我們總理講的那樣，寧肯要一座綠山，也不要一座金山銀山。我深信水性涂料的發(fā)展是有希望的，將來會達(dá)到或趕上溶劑型涂料的水平。93、克服水性涂料研發(fā)難點的初淺見議

3-1水性涂料與溶劑型涂料最大區(qū)別是溶劑表一水與各類溶劑，的表面張力（mM／m）水72.50醇類溶劑21.40～35.10乙醇22.27異丙醇21.70酯類溶劑21.30～28.50BAC25.09EAC23.75酮類溶劑22.50～26.60MEK24.60CHK34.50醇醚類溶劑22.60～34.80EEG28.20BnEG27.40醇酯醚溶劑28.20～31.70CAC31.80脂肪烴溶劑18.00～28.00礦物油18.00異戊烷14.00芳烴溶劑28.00～30.00To.28.53Xy.28.0810

兩種涂料溶劑不同，導(dǎo)致許多性能上的差異。油性涂料溶劑種類多，可視需求調(diào)整溶劑。而水性涂料只有水和少量共存溶劑。難以達(dá)到溶劑型涂料那樣的成膜性和流動與流平性。要改善提高只好借助添加劑幫忙。水性涂料研發(fā)中首先遇到的難題就是在基材上的成膜性及顏料在水中的分散。這是因為水的表面張力比有機(jī)溶劑高所造成的。從表一中可以看到有機(jī)溶劑的表面張力都比較水低。溶劑型涂料的表面張力一般在30mM∕m以下，低于基材的表面能，潤濕成膜性好。水性涂料的表面張力高，大都在34mM∕m左右，對于大多數(shù)基材都存在潤濕性問題。加之孔隙、霧化、動態(tài)表面張力失衡等問題更增加了鋪展?jié)櫇竦碾y度。降低涂料與基材的界面張力是解決這些問題的關(guān)鍵。因此潤濕劑便成了水性涂料不可缺少的添加劑之一。

3-2潤濕因為溶劑型涂料表面張力低，潤濕問題沒有引起人們的足夠重視。水性涂料就不同了，對潤濕這個問題要重新認(rèn)識。液體在固體上的潤濕有三種型態(tài)，鋪展?jié)櫇瘛⒔n潤濕、粘附潤濕。

3-2-1鋪展?jié)櫇?1

鋪展?jié)櫇裰饕l(fā)生在成膜過程中。在高表面能的基材上，涂料成膜性優(yōu)于低表面能材質(zhì)。水性漆表面張力高成膜不良。要達(dá)到良好的成膜鋪性，必須先降低涂料的面張力。並不是表面張力低了涂料就會獲得良好的鋪展性。從表二中可以看到：降低表面張力最強(qiáng)的，並不是鋪展性最好的。原因是助劑類別不同，發(fā)揮作用位置不同，效果也不同。為增強(qiáng)鋪展?jié)櫇裥裕仨氝x擇能降低基材和涂料之間界面張力的活性劑，這種活性劑通常被稱之為基材潤濕劑?；牡匿佌?jié)櫇裆婕叭齻€界面，其潤濕功可用下式表示：

WS=rsg–rsl–rlg---------------------1

基材潤濕劑主要是在液∕固界面定向排布，降低液∕固界面張力rsl。一般不會影響層間附著力，而且對附著力會有所改善或提高。例如硬紅木，或塑料材質(zhì)的表面能比較低，水性涂料涂裝有困難，若添加基材潤濕劑，使涂裝變成可能，以致會獲得良好的涂膜?；臐櫇駝┰谇迤嶂性O(shè)有不良影響，但在亜光漆中基材潤濕劑會優(yōu)先吸附到?jīng)]有經(jīng)過潤濕分散處理的sio2表面上，使sio2變成縮孔施體，若漆膜的表面張力高于sio2的表面張力就會產(chǎn)生縮孔。12表2、不同類型表面活劑降低表面張力和鋪展?jié)櫇衩娣e

首先要對表中的表面活性劑進(jìn)行分類：一、二兩項是表面狀態(tài)控制劑（流平劑）。第三、四兩項是潤濕劑。相同的是這四種助劑都能降低表面張力。不同的是它們的分子結(jié)構(gòu)不同，作用方式和位置不同，所以效果也不同潤濕劑小分子量小具有兩親結(jié)構(gòu)，必定在基材界面處定向排布，所以會起到潤濕基材，推動涂料流動的作用。流平劑分子量較大雖有兩親結(jié)構(gòu)但與涂料相容性受限，必定被推到涂膜的表面，降低涂膜的表面張力起到控制表面狀態(tài)作用。這就是說要獲得良好的涂膜必須兩面控制。即要添加基材潤濕劑又要添加表面狀態(tài)挖制劑。表面活性類型0.1%表面活性劑水溶液的表面張力（25℃）mM∕m0.1%表面活性劑水溶液0.05亳升在PVC上鋪展面積（cm2）高分子量有機(jī)硅表面活性劑315非離子型含氟表面活性劑1720TegoWetKL-24521160碳?xì)浠衔?52013

3-2-2浸漬潤濕浸漬潤濕主要發(fā)生在顏料研磨分散過程中。是指顏料表面原來的吸附物被樹脂或表面活性物取代的過程，這個過程叫顏料潤濕。潤濕能夠改變顏料的表面性質(zhì)。所用的表面活性劑被稱之為顏料潤濕劑或潤濕分散劑。炭黑和有機(jī)顏料在水中分散是無法進(jìn)行的。因為水比顏的表面張力高，無法達(dá)到對顏料的潤濕。必須使用潤濕劑使不親水的顏料變成親水的顏料。因為這種潤濕過程發(fā)生在液項中，所以叫作浸漬潤濕。它涉及二個界面，潤濕功如式2所示。

WI=rsg–rsl---------------------------2

當(dāng)浸濕功WI為正值時，浸漬潤濕發(fā)生。由于潤濕劑在顏料表面上的定向吸附，顏料表面由疏水的變成親水的，便顏料在水中研磨分散變得容易了。

3-2-3粘附潤濕這種潤濕與水性涂料和水性墨的關(guān)系不大，接觸角多數(shù)大于90度，14對水性涂料和水墨的鋪展?jié)櫇駸o幫助，對顏料潤濕也無太大作用，因此不作介紹。

3-2-4潤濕劑的作用在前介紹了幾種與涂料有關(guān)的潤濕現(xiàn)象。現(xiàn)將水性涂料因潤濕產(chǎn)生的弊病及解決的對策，歸納如下：

3-2-4-1基材潤濕在低表面能的基材上，高表面張力的涂料流動流平性差，導(dǎo)至不展布、卷縮、大片縮孔，形不成規(guī)整的涂膜?？朔@種弊病必須使用基材潤濕劑，降低固∕液界面張力。這種助劑只在固∕液界面處定向排布，不會遷移至表面，所以它不會影響層間附著力，可改善和提高涂膜與基材的接著性。成膜問題解決了，但表面平整度或手感欠佳就必須使用表面狀態(tài)控制劑。

3-2-4-2基材潤濕劑與表面狀態(tài)控制劑的協(xié)同作用表面狀態(tài)控制劑在液∕氣界面排布，以降低表面張力消除因表面張力差所造成的表面缺陷。表面張力低對流平不利。添加基材潤濕劑15

可促進(jìn)涂料流動，平衡了因表面張力低給流平帶來的不利影響。這種矛盾統(tǒng)一性的平衡控制。是涂料配方設(shè)計技術(shù)水平的體現(xiàn)。水性涂料常用Glide410+WetKL245來提高涂膜的平整度和手感。

3-2-4-3潤濕劑對顏料潤濕分散的作用潤濕劑雖對顏料分散穩(wěn)定只有輔助作用，但卻可降低色漿粘度，有利制造高濃度色漿。提高研磨效率，節(jié)省能源。式3的顏料潤濕效率公式，說明了顏料潤濕分散中諸多因素的關(guān)系。

W=k?rF1?cosθr3

／η?ι---------------------------3

式中的rflCOSθ就是楊氏定理中的潤濕功：

rsg-rsl=rlgcosθ---------------------------4r3是顏料二次團(tuán)粒的粒子間隙。間隙越大表明粒子堆集的密度越松，稱這顏料粒子為附聚體。好潤濕好分散；間隙越小說明堆積的密度越緊密，稱這這種顏料粒子為凝聚體，即不好潤濕又不好分散。16η是粘度，ι是二次團(tuán)?？紫兜纳疃?。都與潤濕效率成反比。

3式可看作是楊氏定理的修正式，納入了顏料粒子狀態(tài)和粘度

4式是個計算式，根據(jù)接觸角和表面張力可計算出鋪展?jié)櫇窆Α?/p>

3-2-4-4潤濕劑賦予涂料的特殊效果向木材等有孔隙的基材，需要涂料填充。對溶劑型涂料而言還不算太難，但對水性涂料來說就不太容易了。要使水性涂料具有良好的填充性，必須使用滲透劑。雖叫滲透劑，其實就是潤濕劑。作用效果可參閱3式?？椢镎韯┖推じ锿匡梽┲性缫褢?yīng)用，效果最好、應(yīng)用最多、性價比最佳的是磺化琥酸二辛酯鈉鹽。最大缺點是特別穩(wěn)泡。在水墨中應(yīng)用極其廣泛。水性漆中也可應(yīng)用，但效果不如有機(jī)硅聚醚和氟碳類潤濕劑，主要缺點是展布性不強(qiáng)。漆霧在基材上形不成完整的涂膜這是常見現(xiàn)象。也是因潤濕不良而產(chǎn)生的弊病。潤濕劑可以提供良好的霧化性?？疾殪F化效果有兩方面，一是從槍內(nèi)噴出的氣霧，二是霧滴落到基材上的鋪展性，漆膜是否能連成片中間沒有間隙。添加TegoWet280可獲得良好的霧化性。17

3-2-4-5降低動態(tài)表面張力液體運(yùn)動狀態(tài)下的表面張力稱其為動態(tài)表面張力。涂料涂裝速率過快，面積迅速擴(kuò)大，表面活性物來不及在新表面或界面處排布，造成新表面張力失衡。常出現(xiàn)不沾漆、卷縮、露底、縮孔等不良現(xiàn)象。這就是動態(tài)表面張力失衡造成的缺陷。解決辦法是在水墨和水性涂料中加添動態(tài)表面張力平衡劑。這種潤濕劑能在運(yùn)動狀態(tài)下快速定向排布。這種潤濕劑多是醇醚類的非離子表面活性劑，例如TegoWet500系列產(chǎn)品。及前面提過的琥珀酸二辛酯磺酸鈉鹽都是很好的動態(tài)表面張力平衡劑。顏料分散在運(yùn)動狀態(tài)下進(jìn)行，這些助劑對顏料潤濕分散有效果。應(yīng)用時最好選擇陰、非離子搭配，對抗鈣離子集聚有利。

3-2-4-6潤濕劑應(yīng)用的注意事項前面講述了潤濕和潤濕劑的作用。還有必要對潤濕劑應(yīng)用時的注意事項作以簡單扼要地介紹。18

角田光雄講，潤濕程度與發(fā)生潤濕變化時能量變化的大小相對應(yīng)。產(chǎn)生潤濕的主要因素是固/液界面上的物質(zhì)化學(xué)組成，該物質(zhì)在界面上的排列密度和定向排列的狀態(tài)。這段話包括四種含義：（1）使用潤濕劑時要依據(jù)被潤濕與潤濕物之間的表面能的差來選擇潤濕劑。（2）潤濕強(qiáng)度取決于潤濕劑降低界面張力的能力，材料不同效果不同。（3）潤濕劑用量多少決定吸附密度及吸附狀態(tài)，密度又決定潤濕強(qiáng)度。（4）潤濕劑能否在固/液界面處定向吸附排布，是能否發(fā)生潤濕作用的基礎(chǔ)，為達(dá)此目的潤濕劑分子必須具有兩親化學(xué)結(jié)構(gòu)。這段話是潤濕劑的作用原理，也是告訴我們?nèi)绾芜x選擇潤濕劑？要潤濕低表面能的物質(zhì)，必須選擇具有髙表面活性的潤濕劑。例如在水中分散低表面能的有機(jī)顏料和在低表面能的材質(zhì)上涂裝。最好選擇有機(jī)硅和氟碳類的潤濕劑，用量少效果好。194分散劑和顏料在水中的分散顏料分散是色漆制造的重要工序之一。溶劑型與水性顏料分散的主要區(qū)差別是分散介質(zhì)。溶劑型顏料分散介質(zhì)是樹脂液，而水性分散介質(zhì)多數(shù)是水。水色漿制造難度大，穩(wěn)定性變差。顏料分散就是把顏料粒子制成穩(wěn)定的懸浮體。整個過程包括潤濕、粉碎和穩(wěn)定。它們不是遞進(jìn)進(jìn)行的，而是同時發(fā)生的。潤濕改變了顏料表面性質(zhì)；外力把顏料粉碎成細(xì)小粒子。分散體的穩(wěn)定性，是由分散劑或樹脂來實現(xiàn)的。顏料研磨分散會用到三種助劑：潤濕劑、分散劑和消泡劑。水性涂料為什么使用無樹脂色漿，原因有二，其一是通用性，其二是多數(shù)樹脂不能上磨研。所以水性涂料使用的色漿多數(shù)不含樹脂。因此助劑就成了水性色漿制造的主角。在溶劑型涂料中樹脂承擔(dān)的任務(wù)，在水性色漿中變成由助劑承擔(dān)。水性含樹脂色漿粘度大，不僅對剪切有利。而且對色漿穩(wěn)定性、著色力、涂料的光澤、遮蓋力都是有利。但對色漿濃度和研磨效率有影響。在適宜的條件下還是含樹脂色漿好。20

4-1分散劑定義及分散劑分類分散劑是分子量較大的表面活性劑，吸附在分散體的懸浮穩(wěn)定性。合成基礎(chǔ)理論是電荷斥力和空間位置效應(yīng)。高分子分散劑多采用嵌段和接技共聚方法合成?；钚允且揽壳督拥墓倌軋F(tuán)和聚合物鏈段來實現(xiàn)。分散劑的好壞是看其與樹脂的相容性和在顏料表面上的定向吸附能力。分散劑的分類，還沒見到一個規(guī)范的科學(xué)的方法。一般是按分子量大小劃分。從一千到幾萬都稱高分子分散劑。有些不科學(xué)。我將分子量一萬以內(nèi)的稱大分子。一萬以上的稱高分子。烷基氧化苯乙烯聚醚磷酸鹽是，含有顏料親合基，苯基在水中與有機(jī)顏料有很強(qiáng)的親合力，磷酸鹽可以電離，產(chǎn)生電荷吸附。即有電荷的保護(hù)用，有空間位阻效果。21

o

‖CXHY—

O—CH2—CH—O—CH2—CH2—O—P—ONa

︱︱mOH

n

這類分散劑大都被稱作潤濕分散劑，近年發(fā)展很快。特別是在水性涂料中用量增長迅速。因為其性價比較好，容易被人們接受。

224-2分散劑的推薦添加量分散劑的使用量對顏料的分散效果極其重要，特別是高分子量的分散劑必須讓顏料粒子達(dá)到飽和吸附，否則就會產(chǎn)生絮凝、沉降等不良現(xiàn)象。溶劑型最好采用EFKA公司推薦的測定法：無機(jī)顏料，按吸油量的10%；炭黑按DBP吸附值的20%；有機(jī)顏料，按BET面積的20-50%添加。顏料的比表面積越大添加量越多。水性最好用丹尼爾流點測定法。各種方法測定的添加量都是供貨時顏料粒子需求的助劑量，未考慮粉碎后新增加的面積。所以要乘上個系數(shù)，系數(shù)大小要根據(jù)顏料供貨時的粒徑和粉碎后要求達(dá)到的粒徑來決定。多數(shù)是經(jīng)驗。若把一個邊長5μm的立方體顏料顆粒，粉碎成邊長0.5μm的小立方體顆粒，顆粒的個數(shù)、總面積、邊、角的增長變化數(shù)如表二所示。23

表3顏料粒子粉碎后面積、邊、角的數(shù)值變化

從上表中得知角增加了1000倍，邊長100倍，這都是顏料表面最活躍的地方。表面積增加了100倍。從熱力學(xué)角度分析，體系是不穩(wěn)定的，邊角的地方最容易產(chǎn)生絮凝。設(shè)計研磨配方時，要選用活性樹脂注意添加濃度，強(qiáng)迫大分子吸附到顏料粒子表面。若使用的是非活性樹脂必須使用分散劑保護(hù)新增加的界面，降低體系能量，保持分散體

邊長粒子個數(shù)總邊長總面積總角數(shù)5μm15X12=60μm5X5X6=150μm280,5μm10X10X10=10000,5X12X1000=6000μm0.5X.0.5XX6X1000=1500μm28X1000=800024

系的穩(wěn)定性。選擇分散劑添加量比較準(zhǔn)確的方法是粘度測定法，可以在生產(chǎn)中直接采用的，在固定量的顏料中添加不同量的分散劑，經(jīng)過研磨粉碎，測定達(dá)到細(xì)度要求時，分散體的粘度和所用時間，粘度低時間短，就是最佳添加量。采用“紅魔鬼”分散試驗機(jī)即快捷又方便。

4-3水性研磨色漿配方設(shè)計前面講的所有內(nèi)容幾乎都可以歸納到研磨配方設(shè)計之內(nèi)，總結(jié)一下，要注意以下幾點：根據(jù)樹脂的性質(zhì)和其在色漿中所起的作用，決定其用量。樹脂活性度是選擇潤濕分散劑、添加量及添加順序的依據(jù)。樹脂活性越大對顏料潤濕分散效果越好，可以少用甚至不用助劑。樹脂無活性只能依靠添加劑，助劑用量較大。根據(jù)顏料和樹脂的性質(zhì)設(shè)計顏/基比，顏/基比設(shè)計時要找出所用樹脂的最佳打漿濃度。分散設(shè)備選擇及顏料粒徑控制也非常重要

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4-4分散體的穩(wěn)定性與潤濕分散劑的選擇關(guān)系水性色漿質(zhì)量好壞關(guān)鍵是助劑。助劑不在貴淺而在適用。選擇分散劑首先要注意助劑與樹脂的相容性，相容性不好的分散劑在樹脂液中不會有良好的伸展性，這會影響吸附和吸附狀態(tài)。相容性不好的分散劑與樹脂的親合力差。被分散劑包覆的顏料粒子不能夠很好地與樹脂結(jié)合，就會產(chǎn)生付作用，失光、增稠、沉降、遮蓋力差等不良傾向。所以相容不好的潤濕分散劑不能用。

4-4-1吸附：在混合物質(zhì)內(nèi)一種物質(zhì)由相內(nèi)部向界面處富集，稱這種現(xiàn)顏象為吸附。分散劑分子中的活性官能團(tuán)能否吸附到顏料粒子表面上、吸附形態(tài)和吸附牢度，是由顏料表面性質(zhì)和所用助劑的類型決定的。例如制造無機(jī)顏料水性色漿時，使用離子型分散劑，會產(chǎn)生離子吸附或酸堿吸附，若使用高分子分散劑很可能是氫鍵吸附。若使若使用高分子分散劑很可能是氫鍵吸附。若使用大分子的有顏料親合基的分散劑，有可能是電荷吸附或氫鍵吸附或極性吸附。26

4-4-2吸附形態(tài)：吸附形態(tài)和吸附量取決于被吸附物的分子結(jié)構(gòu)和吸附物表面特性及分散介質(zhì)的性質(zhì)。吸附形態(tài)決定吸附層的厚度和吸附牢度。低分子傳統(tǒng)型分散劑一般在分子一端或中間有一個活性基呈單點吸附，前者一條尾巴，后者二條。這種吸附形態(tài)牢度不夠，容易脫落。AB、ABA型嵌段高分子活性物都是尾齒尾型吸附，伸展基長吸附層厚，是理想的分散劑。梳狀接技共聚物是齒狀吸附，有較長的伸展基，吸附層也很厚，也是很好的分散劑。吸附層只有達(dá)到一定厚度才會具有良好空間位阻效應(yīng)，才能獲得穩(wěn)定的分散體。這種高分子分散劑潤濕性差，最好與潤濕劑配合使用。但要注意配合比例。

4-4-3顏料粒徑分散體系的穩(wěn)定與顏料粒徑大小有關(guān)。涂料中的分散劑或高分子聚合物吸附在顏料粒子表面上，粒子被一層聚合物溶液包裹著這層保護(hù)層稱著空間稱著空間位阻層。當(dāng)兩個帶著吸附層的顏料粒子相互靠

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近，吸附層重疊時，在重疊區(qū)域內(nèi)由于溶劑被擠壓排出，會產(chǎn)生兩種力：①滲透壓效果或反溶劑化效果（△GM）；②熵斥（△GV）。兩個粒子間的引力（VA）是覺范德力，粒徑越大引力越大。顏料粒徑1μm200:1

吸附活性物約0.005μm

顏料粒徑粉碎至0.1μm20:I

吸附活性物約0.005μm由此可見當(dāng)吸附層厚度固定時，粒徑大吸附層厚度相對變薄，引力增強(qiáng)。盡管斥力一樣，但與小粒徑相比排斥能力變?nèi)?，穩(wěn)定性變差。285、配方設(shè)計與實踐以下所有參加配方大部份是以實驗室實驗為基礎(chǔ)，工廠批量生產(chǎn)尚需實踐驗證。有人驗證過基本問題不大。

5-1參考配方設(shè)計說明參考配方主要推薦的是水性工業(yè)漆和木器漆：水性工業(yè)漆以鋼鐵防腐為主。選擇了些符合國情的有參考值的國外設(shè)計的配方，同時也推介了自己配方設(shè)計的理念，例如，防銹、防腐助劑選擇、樹脂的選擇及混用。其目的是，性能調(diào)節(jié)、價格控制，協(xié)調(diào)產(chǎn)品定位與市場定位的合理性等。木器漆配方設(shè)計要點：⑴是助劑的運(yùn)用，特別是潤濕劑。⑵樹脂混拼技巧，樹脂之間的匹配性、成本構(gòu)成、環(huán)保影響、市場和性能。⑶配方中的樹脂配比和助劑的添加量的實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。例如Tg值、溫度、(成膜劑、消泡劑對溫度都很敏感)、涂裝條件（包括涂裝工具、施工現(xiàn)場條、溫濕渡等）。

5-2配方設(shè)計舉例29

表-4國外公司推薦的防銹涂料配方原料（RawMateril）投量（weight）原料（RawMateril）投量（weight）Water水83.30Ammoniumhydroxide3.00（銨水）OptigelLX潤濕劑0.500CT-R7100樹脂乳液490.00TegoFoamex14883.00（消泡劑）Tamol165A分散劑9.50Water16.66AMP-950.50EB成膜劑40.00Ti02R706100.00DPnB成膜劑25.00HaloxSZP391緩蝕劑50.00DPM成膜劑24.00CimbarUF超細(xì)鋇50.00TegoFoamex14880.50（消泡劑）MP15-38Talc滑石粉50.00Ammoniumhydroxide1.00（銨水）Water27.2630表四續(xù)Water水8.33OptifloH-600粘度調(diào)整劑10.00Sodiumnitrite12%12.00Superseatonblack炭黑2.00DPM5.00Total1061.56

該配方共分六部份，第一部份是研磨色漿，有顏料鈦白，填料滑石粉和超細(xì)硫酸鋇，還有緩蝕劑磷硅酸鍶（SZP），分散劑是羅姆哈斯的，值得注意的是他使用了多功能助劑AMP-95有助于提高潤濕分散以效果。第二部份是樹脂液，他予先單獨用NH4OH處理。第三部份成膜助劑，是梯度揮發(fā)型的組合。揮發(fā)速度順序DPnB＜DPM＜EB第二次使用消泡劑，進(jìn)一步控制pH值。第四部份是防閃銹劑，用水稀釋成7.2%。第五步是用成膜31助劑稀釋粘度調(diào)整劑OptifioH-600。最后一步是使用炭黑漿調(diào)色。黑色面漆配方

表-5黑色亮光漆（BlackGI0SS）RawMaterialWeightRawMaterialWeightWatet水62.28SuperSeatonebiack30.00炭黑漿Water水16.66Ammoniumhydroxide4.80銨水Sodiumnitrite12%12.00防閃銹tTegoFoamex14882.50EB乙二醇丁醚40.00DPM二丙二醇甲醚10.00DPnB二丙二醇丁醚50.00OptifiH-600粘度調(diào)整劑10.00CT-R7100610.00Total848.2432

表-6防銹涂料參考配方Demiwater16.50CB3顏料膏1.00EB1.90Talc滑石粉20.50BentoneLT膨潤土0.13KYK-022消泡劑0.2Haloflex202樹脂45.70CX-30DSM穩(wěn)定劑3.45銨水25%適宜純凈水1.04HaloxX330防閃銹劑0.43Surfynol104E潤濕劑0.30Texanol成膜劑1.00BYK-154分散劑0.50Nubirox-106防銹顏料6.00Total10033

上述介紹的兩個參考配方都是外國推薦的。Haroflex202價格稍高些。CT-R7100價格不貴，基本與國內(nèi)持平。 CT-R7100單涂層（第一個配方），在22℃，濕度50%的條件下，干燥一周耐鹽霧可達(dá)607小時。雙涂層，下灰上黑，，底面各2mil耐鹽霧可達(dá)1400小時。兩個公司推薦的配方都比較真實合理。比較適合國內(nèi)現(xiàn)有發(fā)展水平，有許多值得我們學(xué)習(xí)和借鑒的地方，比如投料順序，原料成本構(gòu)成，助劑等材料的選用。黑漆配方，黑漿部份即無分散劑又無潤濕劑。經(jīng)查找得知使用的是含丙烯酸樹脂的黑漿。采用水和成膜助劑先兌稀的工藝。成膜助劑占樹脂量的16.39%，因該樹脂MFT和Tg值也是50℃，所以成膜助劑用量較大。諾選用樹脂混拼就可節(jié)省成膜助劑用量。另一公司推薦的202是丙烯酸、氯乙烯、偏氯乙烯三元共聚物，固含60%。價格偏貴，但具有非常好的防腐蝕、防潮濕的效果。是制造水性集裝箱漆的好材料。貴公司推薦的配方不十分詳細(xì)，我覺得色漿部份分散劑用量不足對貯存穩(wěn)定性會有影響。34

表-7一般水性工業(yè)漆參考配方原料名稱烘烤防銹氨基原料名稱CT-S30080.00Linten-10.350.400.35CT-R710075.00Glide4100.300.30CT-R201020.0025.00Texanol8.003,505.00CT-XK540100.0DMP6,5Cymel32515.00DBnE2.003.00鐵紅漿70%30.0035.0029.00DEE2.00AscotranH10.0.300.300.30殺菌劑0.300.10Foamex8250.150.150.15Water10.00Airex9020.150.13q.15Total141.55158.08153.2535

表-8鐵紅和鈦白漿制作配方

鐵紅漿

鈦白漿面漆漿底漆漿底漆漿面漆漿水20.8022.30水21.8021.80分散劑40604.00分散劑40604.004.50潤濕劑DO-751,50潤濕劑DO-751,501,50鐵紅70.0050.00硅灰石粉15.00硅灰石粉7,。00滑石粉10.00滑石粉5.00國產(chǎn)金紅石鈦白22.0070.00ZPA8.00立德粉23.00Foamex8100.200.20Foamex8100.200.20500聚醚3.502.00BnEG2.002.0036

表8續(xù)含樹脂鈦白漿制作參考配方

該配方有三點值得注意（一）是鈦白粉，進(jìn)口鈦白可制成80%濃度的色漿。而國產(chǎn)鈦白制成60%濃度都不易。該配方用國產(chǎn)鈦白制成了70.27%濃度的色漿。（二）是DS-50樹脂，該樹脂屬活性樹脂，具有良好的潤濕分散性效果，對提高顏料濃度、降低粘度有幫助。樹脂占配方的5.26%，固∕固=2.62%。加樹脂粘度低，沒沉降。不加樹脂粘度略高，有沉降?？梢姌渲袧櫇穹稚⒆饔谩＃ㄈ┦欠稚?，不加樹脂，最高制成65%濃度的色漿，該分散劑潤濕性特好，降粘明顯。固∕固不能少于5%，本配方供貨形式用量為鈦白的7.25%，總配方量的5.09%，固∕固=5.79%。色漿鈦白含量70.27%細(xì)度10μm

以下，粘度800～1000mPs之間。Water60.00聚醚6.00分散劑406017.43Foamex8100.30DS-50（35%）18.02國產(chǎn)金紅石鈦白240.5737

表9一般工業(yè)水性色漆參考配方CT-R-710030.00650.0020.00Water20.002.00CT-R-201070.00350.00LD-4080.00Ascotran-H140.303.000.30LintenNo10.102.000.35Water1.0010.001.00Wet-2800.201.50Foamex14880202.780.20DPnB4.0020.00Glide-410030Texanol5.004.00DPM2.5010.002..00鐵紅漿300.00EB1.5040.002.50鈦白漿30.0030.00Water5.0010.003.00AMP-950.500.800.5AP-300015.001.50三乙醇胺7.500.7538CT-R7100和CT-R2010都是外國公司產(chǎn)品。本配方采用了混拼方法。主要目的是為了互相改性：7100Tg50℃、MFT50℃更度高、不返粘，2010Tg27℃、MFT17℃，成膜溫度低、漆膜軟、返粘。若按不同比例混拼，可以降低7100的成膜溫度，減少成膜助劑的用量、改善耐水性。也改善和提高了2010漆膜軟，返粘等缺點。即可作底漆又可作面漆?；炱春笤跍囟?2-20℃成膜性均很好，漆膜干后（25℃、1h）耐水可達(dá)4h。7天后72-90h。90℃烘烤30分鐘耐水可達(dá)一周。彎曲1mm沖擊50kg∕cm、附著力劃圈法1級。耐鹽霧沒作。配方中所用AP-3000是復(fù)合型的羧化磷酯類的緩蝕劑。防銹、防水、耐鹽霧效果優(yōu)越。可提高附著力，特別是濕膜附著力。在鋁材、度鋅鐵板上可提供卓越的附著力?？山档秃婵緶囟?。與磷酸鋅類防銹顏填料混合使用效果更佳。不會影響涂料的貯存穩(wěn)定性。在水性涂料中使用時用胺（三乙胺、FalaminePlus）中和至pH值參考配方如下水95；FalaminePlus1；BCS2；AP-30002。也可不用此配方用胺中和后加水稀釋，方便添加使用即可。用量為供貨形式的0.5～5%。配方中的AscotranH14是防閃銹劑，含少于5%亞硝酸鈉的有機(jī)酸鹽水溶液39

表-10水性白色木器漆涂裝體系填孔打磨罩光填孔打磨罩光CT-S30045.00白底漿70%30.00CT-K191055.00鈦白漿70%28.00CT660075.00硬鋅膏40%6.25CTK191025.00Glide41