怎样平衡助剂之间的协同和矛盾

 多年以前,笔者参加一个涂料供应商的研讨会。一位德国专家当时说出了这样一句话:“最好的配方,是无助剂的配方”!这个说法当时令我感慨万千。但这位德国专家当时是为了推广他们的一个功能性树脂,这款树脂有防沉功能(其实就是SCA改性)、有流平功能(降低分子量、引入硅氧烷)、有润湿分散的功能(引入极性基团),总之一个字:好!就是好!

要论证这个讲法,我们首先要认识到,为什么要加助剂?

加助剂,是因为现有的配方有缺陷!例如颜料分散不好,发生絮凝了,颜色展色性不好,我们需要加入润湿分散剂;流平差了,有桔皮,就加入流平剂;耐候性不佳,加入紫外光吸收剂和受阻胺光稳定剂可以改善;泡沫多了,就加入消泡剂;附着力太差了,就加入附着力促进剂、硅氧烷偶联剂;有沉淀了,我们加入防沉剂……

是否有一个树脂——即使加上所有活性基团做改性——能同时具有以上所有的性能呢?是否具有了以上所有性能就不会引起其它缺陷呢?

不可能!不可能有这样的树脂!或者即使有了,价格因素也是绝大多数人所不能接受的,同时这样的树脂或多或少会有其他性能方面的问题。所以,德国专家讲的,仅仅是一个概念。在涂料的组份中,助剂,好比烧菜的油盐酱醋,没有它们,我们照样吃饭,可是我们吃不好!

那么,是不是只要发现什么缺陷,就加入相应的助剂呢?所谓的“对症下药”,是不是可行呢?比如说,泡沫多了,我们加消泡剂;发现又缩孔了,我们加入抗油剂;发现影响附着力了,我们再加入附着力促进剂……

要讨论这个话题,又要讲到每个助剂的协同效应了。

从制漆的最早部分开始吧——制造色浆。一般来说,需要加入分散剂。分散剂的筛选并非大家想象的那么简单,颜料是否分散和稳定好,是否有絮凝等,将会对很多性能产生影响。例如颜料不絮凝,粒子不会变大,更倾向于布郎运动,重力作用会减弱,故而具有一定的防沉效果(例如图1是混研磨色浆采用不同的分散剂,经过贮藏后的防沉效果),也就是说,防沉剂可以不加或少加了!

 

1 不同分散剂对防沉的影响                                     2 不同分散剂的罐内浮色发花效果

 

颜料分散稳定了,浮色发花的现象也会减轻,那么防浮色发花剂或降低表面张力的有机硅流平剂就可以少加了。(例如图2 采用不同分散剂,贮藏后的罐内浮色发花现象有明显差异)

分散的效果越好,涂膜的光泽一般会越高,颜色也越鲜艳(对于黑漆,则是黑度越高;对于白漆,则是白度越高),所以增光剂、荧光增白剂等就可以不用或少用了。

分散剂还对粘度产生很大影响,例如图3,是相同的配方加入不同的分散剂,粘度的差别就很大。利用有些受控絮凝类的分散剂增稠的特点,还可以少加或不加增稠剂。

 

3 不同分散剂对粘度的影响                                  4 分散剂对流平及色相的影响)

 

分散的好坏还会直接影响漆膜的流平。一般来说,分散的效果越好,流平效果也会越佳。例如图4,采用不同的分散剂,除了颜色产生极大的差异外,流平性也有差别,这在刷涂或辊涂的涂料中表现更加明显一些;

除此之外,分散剂还对色浆的透明度、遮盖力甚至涂料的耐候性产生一定的影响;如果做得好了,便是良性的影响,这就是分散剂所产生的协同效应。

 

助剂除了有协同效应,有时也会和其他助剂产生矛盾。例如BYK-104SEFKA-5065、德谦904SSN-2004,都是相同结构的受控絮凝类的分散剂,分子中含有三个羧基基团,形成Y形结构,其中一个或两个会和颜料尤其是无机颜料亲和,另一个(或两个)会与其它分散剂形成氢键结构。所以,这种分散剂会有增稠、触变及稳泡的效果。也就是说,它具有一定的防沉、防流挂及防浮色发花效果,但对消泡不利。另外,这种分散剂中含有少量聚醚改性的有机硅,在烤漆尤其是卷材涂料体系中添加量过大时对重涂可能会存在影响。

再如普通的高分子分散剂的锚定基团比较分散,并不会全部吸附在颜料表面(受控自由基类分散剂要好多了)。这些锚定基团多是一些极性基团。所以,如果分散剂过量使用,可能会对涂膜的其它性能产生影响,例如耐水性、耐化学品性、耐溶剂性或耐候性。

多年前我曾在醇酸氨基黑烤漆中,使用过一支分散剂,性能及展色力均不差,当时一时大意没有检测漆膜性能,因为以前采用别的分散剂时已经检测过了。结果样漆送到客户那里试样,大面积剥落——这支分散剂在该体系中严重影响附着力!

再谈一谈消泡剂。为什么加入消泡剂?因为有泡沫!为什么有泡沫?因为有表面活性剂!为什么有表面活性剂?因为分散剂、流平剂中(当然,还有其他组份中)含有!也就是说,有些分散剂及流平剂稳泡!

然而加入消泡剂就一定解决了吗?例如EFKA-2020BYK-052SN-5052,这三支消泡剂都具有非常好的消泡效果。然后,如果直接加在涂料中而没有经过充分的研磨或高速分散,就很容易引起缩孔。相对安全的消泡剂,其消泡效果又不完全好。这就是矛盾!而且消泡剂的原理就是利用与体系间的不相容性,这种不相容可能会对光泽及流平产生不良的影响。这也是矛盾!

再如BYK-306SN-4006SN-4333等,都是流平效果非常好的流平剂。但是这类流平剂由于相容性非常好,所以有点稳泡,这就是矛盾了。而BYK-354SN-3054SN-3077等丙烯酸酯类或氟碳改性丙烯酸酯类的流平剂,短波流平效果虽然没有硅类的流平剂优秀,但却有一定的消泡效果,这又是协同效应了。

再如聚酰氨蜡防沉剂SN 6900-20X,不但防沉效果好,用在铝粉漆里还有定向作用,这便是协同效应!但如果用得不恰当或分散时温度过高,就有可能稳泡、影响流平、甚至返粗!

 

所以,助剂并不在于用最好的最贵的!也不是加得越多越好,更不是哪有问题了就加入哪类助剂去解决。用的合适才是最佳的方案。价格昂贵的助剂如果没有用到刀刃上,反而会起负面的作用。而有些常规的助剂如果用得正确,往往能发挥神奇的功效!

极致的应用助剂的例子:分散剂选对了,漆膜流平不错、不稳泡、展色性好、降粘好、不沉降;加入合适的流平剂,流平效果更好了;消泡剂——不需要!防沉剂——不需要!防浮色发花助剂——不需要!防缩孔剂——不需要!……

反面的例子是:首先分散剂用得就不好,流平不好了,加大量流平剂;稳泡了,加消泡剂;沉降了,加防沉剂;消泡剂加入后缩孔了,加抗油剂;抗油剂加了一段时间,流平又差了,再加抗油剂;污染环境及其它涂料了,统统加抗油剂……

掌握好了助剂之间的协同与矛盾,你可以节省很多成本,可以做出更好的涂料。记得《射雕英雄传》里黄蓉为了让洪七公教郭靖武功,竭力做些美味来吸引他。最后做的是青菜和豆腐,郭靖很奇怪,青菜豆腐有什么花样?洪七公说了,青菜豆腐做好了,才最显厨艺!青菜豆腐做好了,才是做厨师的最高境界!

| 更新时间:2014.09.11    查看次数:2529
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