1 　概述 

    作為防水涂料的原材料之一 ,助劑的用量通常很少 (一般為配方總量的1%左右),但作用卻很大。它的加入不僅可以避免產生許多涂料的缺陷及涂膜弊病 ,同時又可以使防水涂料的生產和施工過程易于控制 ,而且某些助劑的添加,可以賦予防水涂料一些特殊的功能。所以 ,助劑是水基防水涂料的重要組成部分 

    2 　助劑的功能與應用

    水性防水涂料中常用的助劑有成膜助劑、增稠劑、分散劑、潤濕劑、消泡劑、增塑劑、防霉殺菌劑等。

    2. 1 　成膜助劑 

    成膜助劑又稱凝聚劑、聚結劑 ,通常為高沸點溶劑 ,會在涂膜形成后慢慢揮發掉。在乳膠漆中,成膜助劑因為對乳膠粒子的溶解作用而使粒子表面軟化 ,因而促使聚合物粒子易受壓變形,融合成膜。成膜助劑的加入同時可降低防水涂料的最低成膜溫度。常用的成膜助劑有:乙二醇、丙二醇、己二醇、丙二醇丁醚、乙二醇丁醚、丙二醇乙醚、甲基芐醇、一縮乙二醇、乙二醇丁醚醋酸酯等。通常應用于防水涂料的膠乳都具有較低的玻璃化轉變溫度 ( Tg ),如VAE 乳液的Tg 在-3 ℃ 左右因此 ,在大多數氣溫高于5 ℃ 條件下 ,這些乳液都可以正常成膜。而成膜助劑的加入 ,對加速涂膜干固起到了一定的作用。圖 1 是乙二醇作為成膜助劑時 ,對丙烯酸防水涂料干固時間的影響。由圖1 可見,隨著乙二醇摻量的增加,涂膜的干固時間也隨之降低。因此 ,對于某些特殊的防水工程 (例如:現場濕度很大,通風條件又不好,而且工期 又緊的工程 ), 在不影響產品質量的前提下 , 可適當多添加一些成膜助劑 。

圖 1 　助劑對涂膜干固時間的影響 

成膜助劑除有助于成膜性能外 ,還有降低防水涂料凍結溫度的功能。例如乙二醇、丙二醇就可作為涂料的防凍劑使用。圖 2 為乙二醇、丙二醇對某丙烯酸乳液冰點的影響。
 


圖 2 　防凍劑對乳液冰點的影響

由圖 2 可見,隨著乙二醇、丙二醇摻量的增加,聚合物乳液的冰點也隨之下降。兩種防凍劑對乳液冰點的影響各不相同 ,相比較而言,乙二醇對乳液冰點降低的效果要好于丙二醇。

    防水涂料在貯存或運輸過程中有可能處于低溫環境下 ( 即氣溫低于 5 ℃ 以下 ), 在應用過程中有的要求在低溫下進行 ( 如冬季施工 ), 因此 , 采用成膜助劑來降低防水涂料凍結溫度還是有一定實際意義的。

    除此之外 , 成膜助劑對涂料濕膜性能如流平性、抗流掛性及展色性都有一定的影響。

    2. 2 　增稠劑

    水性防水涂料以水作為分散介質 , 粘度通常都較低 , 在立面墻壁上施工會發生流掛現象。為了使涂料具有適當的粘度以改善其施工性能、流平性能及貯存穩定性 , 常需要加入一定量的增稠劑。在制備色漿時 , 增稠劑的加入使研磨漿稠度增加 , 加強了剪切作用 , 有利于顏填料的分散。防水涂料要起到良好的防水效果 , 通常要求干膜厚度達到 1. 5 ～ 2. 0mm , 因此 , 只有涂料具有一定的粘度和稠度 , 才能保證每次涂刷的厚度達到 0. 5mm 左右。

    常用的增稠劑有四類 : 纖維素醚、聚丙烯酸酯、締合型增稠劑和無機增稠劑。

    最常用的纖維素醚類增稠劑為羥乙基纖維素 (HEC) 。根據粘度的不同 , 有不同的規格。 HEC 為粉末狀水溶性產品 , 屬非離子型增稠劑 , 它的增稠效果好 , 耐水、耐堿性較好 , 缺點在于較易長霉、腐敗 , 流平性較差。

    聚丙烯酸酯增稠劑為羧基含量較高的丙烯酸酯共聚物乳液 , 其最大的特點是抗霉菌侵襲性好。這類增稠劑在 pH 為 8 ～ 10 的時候 , 成溶脹狀態 , 使水相粘度增高 ; 但 pH 大于 10 時 , 溶于水 , 失去增稠作用。因此 , 對 pH 值有較大的敏感性 , 如羅門哈斯公司生產的 ASE - 60 。目前國內乳膠漆最常采用的 pH 值調節劑為氨水 , 因此 , 采用該類增稠劑時 , 隨著氨水的揮發 ,pH 值會降低 , 其增稠效果也會降低。

    締合型增稠劑具有其他類型增稠劑不同的增稠機制 , 大多數的增稠劑都是通過水合和形成在體系中的弱凝膠結構而帶來粘度的。但締合型增稠劑象表面活性劑一樣 , 分子中既有親水部分也有親油部分 , 親水部分可水合溶脹使水相增稠 , 親油端基可與乳液粒子、顏料粒子相締合形成網絡結構。

    無機增稠劑以膨潤土為代表。通常水性膨潤土吸水膨脹后形成觸變性的凝膠礦物 , 吸水后體積為原體積的好幾倍。它不但起到增稠作用 , 而且還能防沉、防流掛、防浮色發花 , 其增稠效果要好于同樣用量的堿溶脹丙烯酸類和聚氨酯類增稠劑。除此之外 , 它還具有廣泛的 pH 適應性 , 良好的凍融穩定性和生物穩定性。由于不含水溶性表面活性劑 , 干膜中的微細粒子有阻止水分遷移、擴散作用 , 能增強涂膜的耐水性等特點。

    有機類的增稠劑均有水溶性或水溶脹性 , 在成膜后殘留在涂層中 , 對涂料的耐水性帶來了不良影響。因此 , 考慮到防水涂料功能的特殊性 , 在保證涂料增稠效果的前提下應盡可能少用有機增稠劑 , 而多采用耐水效果較好的膨潤土系列無機增稠劑。

    2. 3 潤濕劑和分散劑

    使用于防水涂料中的顏料 , 無論是著色顏料還是體質顏料 , 都是由數百個到數千個一次粒子凝聚起來的二次粒子組成的。潤濕分散劑的作用就是使顏填料中的二次粒子離解成一次粒子。因此 , 防水涂料中顏填料的分散穩定包括潤濕、分散和穩定三個過程。

    潤濕劑是結構中帶有親水基、親油基兩個基團的表面活性劑 , 它可降低液體和固體表面之間的界面張力 , 使固體表面易于為液體所濕潤 , 使膠乳與顏料表面得以充分接觸。分散劑是實現被潤濕的顏料粒子的充分、穩定的分散 , 提高固體粒子在液體中的懸浮性能。

    常用的分散劑分為無機分散劑和有機分散劑兩大類。無機分散劑包括磷酸鹽、硅酸鹽等 , 使用最多的是六偏磷酸鈉 ; 有機分散劑包括聚丙烯酸鹽類、聚異丁烯順丁烯二酸鹽類等 , 如美國大祥公司生產的 SN - 5040 。通常有機、無機兩類分散劑復合的效果較佳。例如 , 以顏 / 填料量為基礎 , 使用 0. 1 % 的無機分散劑和 0. 3 % 的有機分散劑 (30 % 溶液 ), 綜合效果一般較佳。

    2. 4 　消泡劑

    防水涂料中包含了許多表面活性劑 , 如膠乳中的乳化劑、涂料中的增稠劑、潤濕劑、分散劑等 , 它們都有起泡傾向。而在防水涂料的涂布過程中 , 起泡將干擾施工的正常進行以及涂膜的質量 , 涂膜滲水都是從最薄弱的地方開始的。顯然涂膜中氣泡的增加 , 將會降低涂料的防水性能。因此 , 防水涂料中必須添加消泡劑。消泡劑可以潤濕滲透到有表面活性物質所形成的薄層中 , 通過其不相容性與該系統反應 , 降低其表面張力 , 破壞薄層的穩定性 , 從而達到消泡的目的。

    目前 , 效果比較理想的消泡劑主要由三大類 : 磷酸酯類消泡劑、礦物油類消泡劑和有機硅類消泡劑。磷酸酯類的磷酸三丁酯在中低檔涂料中廣泛使用 , 但它的抑泡效果較差 ; 礦物油類消泡劑如 681F 其消泡效果要低于有機硅類 ; 有機硅類消泡劑是由聚醚

    和烷基鏈改性的聚硅氧烷組成 , 改性后有機硅與涂料有一定的不相容性 , 消泡較為有效。這一類消泡劑如 BYK - Chemie 公司生產的 BYK 系列和 Henkel 公司生產的 Sn 系列在防水涂料中的摻量為 0. 5 % 左右時 , 都具有較佳的消泡效果。

    2. 5 　增塑劑

    低溫柔韌性是檢測防水涂料性能的一項重要指標 , 而該指標由防水涂料所采用膠乳的玻璃化轉變溫度 ( T g ) 確定。當外界溫度高于基料的 T g 時 , 涂料行為類似橡膠 , 受載時產生彈性形變 , 具有較好的柔韌性 ; 當外界溫度低于基料的 T g 時 , 涂料行為類似玻璃易于產生脆性破壞 , 其柔韌性顯著下降。目前所供使用的膠乳如 VAE 乳液的 T g ≈ -3 ℃ , 某些丙烯酸乳液的 T g 在 -5 ℃ 左右 , 都不能滿足要求。因此 , 摻入一定量的增塑劑可以起到降低膠乳 T g 的作用。而隨著膠乳 T g 的降低 , 防水涂料的低溫柔韌性也隨之提高。

    增塑劑通常是高沸點難揮發的液體或低熔點的固體 , 一般不與乳膠的主體成分發生化學反應。它作為小分子助劑 , 主要作用是插進成膜的高分子物質中 , 削弱乳膠中聚合物的分子間力 , 促進了聚合物分子鏈段的活動性 , 降低聚合物分子鏈的結晶性 , 從而使聚合物分子鏈段變得柔順。

    采用增塑劑來改善防水涂料的低溫柔韌性 , 一般來說 , 效果是明顯的 , 但這并不等于說 , 增塑劑的摻量越多越好。通過實驗發現 , 防水涂料低溫柔性的改善總是伴隨著其拉伸性能的損失。圖 3 、圖 4 、圖 5 分別為丙烯酸防水涂料中摻入某種增塑劑后 , 它的玻璃化轉變溫度、抗拉強度與延伸率的變化曲線。隨著增塑劑摻量的加大 , 防水涂料的 T g 降低了 , 與此同時 , 防水涂料的抗拉強度與延伸率也降低了。因此 , 一味的追求低溫柔韌性并不可取。



圖 3 　增塑劑對防水涂料 T g 的影響

 

圖 4 　增塑劑對防水涂料抗拉強度的影響



圖 5 　增塑劑對防水涂料延伸率的影響

    2. 6 　防霉、殺菌劑

    防水涂料是以高分子化合物為基料的水性材料 , 由于富含微生物生長的營養成分 , 因而只要環境溫度等適合微生物生存的環境條件存在 , 微生物就會大量繁殖 , 使涂料原有的性質遭到破壞 , 使得涂料的質量下降 , 甚至腐敗變質而報廢。因此 , 防水涂料中必須加入防霉殺菌劑。防霉劑的作用方式如下 :

① 抑制能量的產生 ; ② 干擾病原菌的生物形成 ; ③ 破壞細胞結構。

常用的防霉、殺菌劑有取代芳烴類、雜環化合物、胺類化合物、有機金屬化合物等幾大類。其中的有機汞類廣譜防霉劑由于對人體的毒性大 , 已禁止使用。 

    3 　結語 

    水性防水涂料是一個復雜的體系 , 助劑作為該體系的組成部分 , 加量不多 , 卻對其性能起到了至關重要的作用。因此 , 在開發研制水性防水涂料時 , 采用何種助劑及其摻量的多少應該通過大量反復的實驗來確定。

三升化工資訊     作者：小張     發布日期：2012年8月6號