涂料配方设计的思考与助剂的应用

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1、水性涂料配方设计的思考与助剂的应用南京汉宝工业原料有限公司楊其岳前言：中国要从涂料大国向涂料强国转化，既要提高产品质量加强品牌意思，还要向环保、节能减碳方向发展。涂料水性化是环保节能减碳的主要措施。水性涂料的配方设计与溶剂型涂料有许多不同之处，在配方设计的思考要有别于溶剂型涂料。一、水性涂料与溶剂型涂料的区别（1）、溶剂不同：水性涂料以水为溶剂。溶剂型涂料以有机溶剂为溶剂。它们的最大区别是表面张力不同，纯水是72.5mN/m。有机溶剂因种类不同，表面张力亦不同(大致在18-35mN/m)。因此，造成了

2、水性涂料与溶剂型涂料在制造和应用方面的许多不同点。（2）、溶剂不同树脂结构也不同。以水为溶剂，性树脂必须具有亲水性，市场供应的水性树脂，有水溶、水分散和水稀释(乳化物)的三大类。按品种分有丙烯酸、丙烯酸改性聚氨酯、水性聚氨酯(PUD)、双组份PUD、水性UV、水性环氧、水性聚酯、水性氨基烘漆等。前五类多用于木器漆，后几类多用于工业漆。它们的共同特点，都具有亲水性。溶觧在水中或分散在水中或稀释乳化在水中。溶剂型涂料的树脂是有机溶剂的溶液。是依据溶解参数和氢键力分别以分子状态溶解在与其相同或相近的有机溶剂

3、中。（3）、润湿铺展性不同，水因表面张力髙在一般基材上的润湿铺展性都不好，有机溶剂润湿铺展性良好，但亦不完全相同。涂料能否在基材上铺展，可用展布系数（S）表示：S=rSG-rLs-rLG。只有S是正值時铺展润湿才能发生。其中关键是rLs，要降低rLs，就必须使用基材润湿剂，否则涂料就不会有良好的铺展润湿性。（4）、流动与流平效果不同，涂料的流动和流平是取决于涂料的表面张力和其对基材的铺展润湿能力。水表面张力髙流平性好，但若基材润湿能力差，涂膜极易出现聚缩不展布性现象，因而总体表现流平性不良。有机溶剂表

4、面张力低流平性略差，但其对基材润湿能力強，涂膜铺展性较好，因此总体表现为流平性良好。（5）、表面状态不同，水性涂料表面张力高，极易出现表面状态缺陷，但控制难度不大，溶剂型涂料因表面张力低，不易出现表面缺陷，但表面状态控制比水性涂料难。（6）、动态表面张力平衡能力不同，水性涂料的动态表面张力容易出现失衡，溶剂型涂料却很少出现动态表面張力问题。这是因为溶剂的表面张力低，使用表面活性剂的量和种类要比水性涂料少。所以在运动状态下表面活性剂重排失衡的几率就相当少。（7）、起泡和消泡的难易程度不同，水性涂料易起泡

5、，溶剂型涂料相对较好。泡沫消除都是有难有易，尤其高粘度小微泡特别难除。总体来看水性的泡沫比溶剂型较易消除。但有些水性烘漆的暗泡，与双组份溶剂型PU涂料因含水产生的泡沫一样难于消除。（8）、颜料分散及贮存的稳定性不同，在水性体系中颜料润湿困难，水性体系一般粘度比较低易产生沉淀，多数依靠增稠防沉降。溶剂体系颜料润湿性优于水性体系，贮存稳定性也好于水性体系，颜料的润湿效率可参考下式W=k·rcosθ·r3/ηι杨氏定理：rsG=rsL+rLGcosθ。颜料润湿效率用杨氏定理表示：rsG–rsL=rcosθ。

6、实际前面的公式是颜料在涂料中分散時对杨氏定理的一个修正式。（9）、涂料涂装条件不同，溶剂型涂料的涂装设备，完全可以用于水性涂料的涂装。但却有许多不同之处。特别明显的就是温湿度，溶剂型涂料施涂温度比较宽，揮发速度可用溶剂调节，但水性涂料不同，温度低了不能涂装(10℃左右)，0℃以下就要结冰了，螎溶后涂料性能会受影响。温度高(35℃以上)会严重影响流平性，易出现干喷现象(特别是水性PU涂料)。湿度大干燥速度慢，湿度小温度高流平不好。﹙10﹚、成膜机理不完全相同，上面（1）（2）中谈到了水性和溶剂型涂料所用

7、的溶剂和树脂不同。溶剂型涂料有物理干燥成膜、氧化聚合成膜、交联固化成膜、无溶剂型多为交联聚合成膜。隨溶剂揮发，涂膜干燥固化不断进行，直至完全固化成膜。水性涂料其成膜固化比较复杂，尤其是水分散型和水乳化型的涂料，一定要配合成膜助剂和共存溶剂。水揮发在前，成膜助剂或共存溶剂在后，水跑掉后成膜助剂或共存溶剂破坏乳化剂使卷缩成团状的髙分子化合物溶觧成舒展形的大分子，共存溶剂揮发后挤压成膜，多属热塑型。但水性涂料也有许多交联固化成膜的。如水性烘漆、双组份PU涂料、水性UV涂料等。二、降低固/液界面张力提高润湿铺

8、展能力改善涂料的流动与流平性表面活性剂对表面张力和流动流平性的影响表面活性剂降低表面张力的能力（mN/m）铺展润湿能力（cm2）（0.1%水溶液25℃）（0.05ml0.1%水溶液在PVC上的展布）含E0基壬基酚化合物3520高分子有机硅表面活性剂315非离子型氟碳表面活性剂1720TegoKL-24521160由上表可以看出降低表面張力强的表面活性剂未必有良好的铺展润湿能力：氟降低表面张力的能力最强，但其铺展润湿能力与降低表面张力最差的有机化合物表面活