一直以來，從事涂料助劑配方研發(fā)的技術人員在選用助劑方面過于簡單，多數(shù)會聽從供應商的推薦，但這并不是最好的。希望通過這個話題，使得我們在選涂料助劑上不會盲目，會選得更快更好。

當然，首先條件是要懂得這些涂料助劑起作用的機理。就從這里開個頭吧：技術人員差不多都接觸過丙烯酸樹脂，但是有多少人清楚，為什么有的適合作涂料的基料，而有些則適合作助劑，到底在分子量、分子量分布、聚合物結構、官能團等等方面有什么不同？類似結構的助劑有一個系列，這些不同的品種有多大區(qū)別，從結構上如何理解？

這個問題對于我們應用涂料助劑的人來說有些難度，如果生產(chǎn)開發(fā)助劑的人來講講那肯定非常好的。對于一提起助劑，廠家對它的結構，分子量等都是比較保密。

確實如此，但也正因為如此，才增加了助劑的神秘感。這里先從丙烯酸酯類化合物談起，看看做樹脂基料和不同種類助劑的丙烯酸酯化合物在結構上面有什么區(qū)別。

我們知道，丙烯酸類樹脂既可以用作涂料的樹脂，也可以做流平劑或消泡劑。在丙烯酸酯樹脂里面加入丙烯酸酯流平劑，丙烯酸酯消泡劑都可以有很好的效果，可見同樣是丙烯酸類樹脂，區(qū)別是很大的。從原理角度來講，決定一個化合物在給定體系里面到底能否用作助劑，是流平劑還是消泡劑，決定的因素還是與體系的相容性和表面張力兩個因素。在表面張力低于所用體系的情況下，如果是有限不相容的，適合做流平劑，如果相容性更差一些，就只能用作消泡劑。同樣是丙烯酸酯化合物，到底適合做樹脂還是助劑，適合做哪種助劑歸根到底看參與聚合的單體和分子量的選擇以及相應的結構對其表面張力和相容性的影響。

下面我們從分子結構的角度來看這個問題。

涂料中所用的丙烯酸樹脂一般可以寫成如下結構式如下（在這里為了寫結構式討論方便，不區(qū)分丙烯酸酯與甲基丙烯酸酯的區(qū)別，實際體系中，這兩類單體是共存的）：—（CH2CHCOORm）x—（CH2CHCOORf）y—，其中Rm一般是C1-C4的基團混合物，其中短碳鏈部分含量相對高一些，Rf一般是官能基，在一般的羥基丙烯酸樹脂當中，Rf是羥乙基或者羥丙基。分子量一般是一萬到幾萬不等。常見的丙烯酸酯流平劑結構式如下：—（CH2CHCOORl）x—，在這里Rl主要是C4-C8的基團的混合物，分子量一般小于一萬。

常見的丙烯酸酯消泡劑結構式如下：—（CH2CHCOORd）x—，在這里Rd主要是C10-C18的基團混合物，分子量一般是一萬到幾萬不等。

從上面的結構式可以看出來，聚丙烯酸酯化合物用作樹脂，還是用作流平劑或消泡劑，它所使用的單體的種類大不一樣。從樹脂到流平劑再到消泡劑，所使用單體的碳鏈是增長的趨勢。從分子結構角度來講，聚丙烯酸酯化合物的側碳鏈越長，其表面張力就越低，相應的極性和溶度參數(shù)也就變得越小。當用作流平劑的聚丙烯酸酯化合物與用作樹脂的比較，流平劑的側碳鏈（C4-C8）更長，表面張力低于樹脂的聚丙烯酸酯，且由于極性的明顯差別，兩者是不相容的，正是滿足了這兩點，當流平劑用的聚丙烯酸酯化合物在丙烯酸樹脂里面可以起到流平的作用。另外，流平劑需要有一個比較快速地遷移到表面而起作用的過程，所以不能把分子量做得太大，一般小于一萬。如果加入更長的側碳鏈如C10-C18的聚丙烯酸酯化合物，那么可以預測，它的表面張力比樹脂用C1-C4的聚丙烯酸酯更低，相容性更差，這樣C10-C18的丙烯酸酯化合物在丙烯酸酯樹脂體系里面可以當消泡劑使用。從消泡能力的角度，因為分子量越大與體系的相容性越不好，消泡能力也就越強，所以聚丙烯酸酯消泡劑的分子量一般都不小。當然，由于側碳鏈對于表面張力和相容性的影響是漸變的過程，所以某些結構的聚丙烯酸酯化合物可以同時扮演流平劑和消泡劑的角色，比如8個碳的聚丙烯酸酯化合物，它介于流平劑和消泡劑的邊界位置，同時具備兩者的性能。

以上就是不同的聚丙烯酸酯化合物有不同用途的一些基本原理。因為從樹脂到流平劑到消泡劑是一個系列，所以我們把它們放在一起討論。另外，作為聚丙烯酸酯分散劑的結構與他們又有區(qū)別。

丙烯酸樹脂合成做過幾年，但是還不知道丙烯酸酯助劑也是通過丙烯酸合成過來的，看了上面的內(nèi)容覺得區(qū)別是不是就是Rm的碳鏈長度，一般丙烯酸樹脂的酯長度最多的也就是4個碳，也就是丙丁酯類，是不是助劑用的單體確實有區(qū)別？

上面為了描述聚丙烯酸酯在不同用途最基本的變化趨勢，結構簡式都是最基本的結構，實際的結構相對會更多一些，當然丙烯酸樹脂的碳鏈的長度是影響丙烯酸樹脂用途的一個重要因素，其它因素如功能基團的種類也是很重要的，可以用來改進潤濕性，相容性等等其他性能。一般來說，助劑里面特別是流平劑會用一些特殊結構的單體。至于說應用，聚丙烯酸酯化合物用作涂料的樹脂和助劑所需要考慮的問題通常有很大差別。

單從用途的角度來看（消泡與流平），聚氨酯和有機硅看來也類同了，只不過分子結構中換成特征性的氨酯基或硅氧結構。不知是否可以這樣推測?

可以這樣理解，總的原則就是在一個基準結構的基礎上通過調(diào)整分子結構來改變表面張力和極性，就可以得到相應的助劑。

看完上面的回答，眼界有開闊了許多，至少消泡劑與流平劑的本質(zhì)不像以前那么神秘了?，F(xiàn)在的認識就是，消泡與流平的本質(zhì)或者作用原理就是低的表面張力與相容性的控制，在這個基礎上可以自由發(fā)揮，不知對否？那么再往前一步，怎樣判斷自己選的消泡劑和流平劑是最合適的或者是更合理的？除了價格因素，當然還有一些效果評判外，換句話說，許多人說他的東西很好，但是否為性價比最高的東西呢？從原理上講，消泡劑與流平劑的本質(zhì)就是對表面張力和相容性的控制程度不同，在這個基礎上，肯定可以自由發(fā)揮。

但是我們剛才討論的基準是以涂料用丙烯酸酯樹脂為標桿的，表面張力比它低一些，相容性差一些就是流平劑，再低，再差就是消泡劑。如果換成其他樹脂，又會有不同，比如說原來在丙烯酸樹脂體系里面可以做流平劑的物質(zhì)，如果放到極性比丙烯酸樹脂大得多的樹脂體系如環(huán)氧體系，那么可能流平劑的表面張力就會比環(huán)氧體系要低得多，相容性也差得多，于是在環(huán)氧體系，這個物質(zhì)就成了一個消泡劑了。很多時候助劑的使用是靈活的，并不是說明書說它是流平劑，它就只能做流平劑來用。流平與消泡的轉變是相對你所使用的樹脂體系的極性來看的。要是對這個助劑的極性范圍有一個清楚的了解，這樣助劑用起來就靈活了，也就是我們說的自由發(fā)揮了。遺憾的是絕大多數(shù)情況下，助劑商對所提供的助劑產(chǎn)品的化學成分上面的信息是嚴格保密的，這樣以來工程師就無法利用理論對助劑的使用進行預測了，只能全憑供應商的介紹和推薦，如果碰上供應商對情況也不太了解的話，就會做很多無用功了。要想要最合適的性價比最高的助劑，可能要相對費點精力多做試驗了，選出適用的可以解決問題的最便宜的一種就行了。這樣試驗的助劑品種可能較多，但是由于仔細區(qū)分各種情況與應用體系，選出的東西最不浪費。對于丙烯酸類分散劑，主要側重點應該是官能團了，同時考慮到不同顏料的表面特性，表面的酸堿性，表面的活性部位，還有表面的電位情況等等。關于這些方面如何理解的？

所有的分散劑從結構上講，都屬于是兩親型分子，有一頭親顏料，另一頭親介質(zhì)。小分子的分散劑就是我們常見的各種表面活性劑，而高分子型分散劑在結構上有其特點，可以討論的內(nèi)容很多。丙烯酸酯類分散劑從使用角度分兩大類，一類是常見的水性體系的丙烯酸酯胺鹽，鈉鹽類的分散劑，這類分散劑很早就已經(jīng)出現(xiàn)并廣泛運用到了水性涂料的生產(chǎn)當中，這類助劑結構簡單明確，這里不做過多的討論。另外一類就是丙烯酸類的高分子型分散劑，準確地說是具備錨固基團與溶劑化鏈段組合的分散劑，這類分散劑目前在一些高檔涂料當中有廣泛的應用。

丙烯酸酯類分散劑的結構也非常多變，源于丙烯酸酯單體種類的日益豐富，為了簡化結構，我們選擇最基本的結構來做一說明，以下結構可以看做最基本的丙烯酸酯高分子型分散劑的結構—（CH2CHCOOR）a—（CH2CHCOOCH2CH2N(CH3)2）b—（CH2CH2COOH）c—（CH2CHCOOCH2CH2CH2(OCH2CH2)nOH）d—，其中R基團是烷基或者為了提高潤濕效果部分采用含氟烷基，a鏈段主要為了調(diào)整整個分散劑的溶解性，a鏈段越少，極性越高，逐漸會從油溶性轉向水溶性，b鏈段是錨固基團，丙烯酸二甲基乙醇胺酯是丙烯酸酯超分散劑里面常用的錨固基團單體，該錨固基團對于碳黑以及其他有機顏料均有較好的吸附能力，當然，對于不同的顏料，也有其他的含氮單體可以選擇，c鏈段也是錨固基團，主要用于對無機顏料的錨固，d鏈段含有長鏈的聚醚鏈段，很明顯，該鏈段是作為溶劑化鏈段，長的聚醚鏈在體系當中伸展開來，可以阻止不同粒子之間相互靠近，從而達到穩(wěn)定顏料的作用，同時聚醚鏈段里面單體的調(diào)整也是調(diào)整整個分散劑極性的一種手段，決定了該分散劑適用于何種極性的體系。一般來說，分散劑里面的氨類錨固基團都是以叔氨基或者季胺鹽為主，主要原因就是為了防止用于PU體系的時候與固化劑反應，含伯氨基的分散劑很少用于PU體系。除了氨基，還有一種錨固基團就是芳香環(huán)類（比如苯環(huán)，萘環(huán)等等），這類錨固基團主要通過P電子云共軛效應與顏料粒子進行錨固，很多通用色漿的分散劑都含有此類基團。但是這一類錨固基團也有一個缺點，就是和氨基相比較，他們對無機顏料沒有任何親和力，一般只適合分散有機顏料。很多時候為了增加分散劑的通用性，還是要共聚少量的氨類基團。

我這里更想了解的是用于單組分PU體系的較為理想的分散劑。其實叔胺類對PU也有很強的催化作用。分散劑單用或者合用能基本滿足普通的各種需求。之前找到了一類分散劑，分子鏈中以部分醚鍵和叔胺為主，但沒有驗證過實際效果。不知你對這方面的看法如何？

對于你的體系，個人認為以芳香環(huán)為錨固基團的分散劑可以滿足你的要求，另外如果錨固基團是季胺鹽，其催化作用也不是很強，可以使用，建議試一下Solseperse-27000。

對于顏料的潤濕性問題，非丙烯酸類樹脂如用量很大的醇酸樹脂，從理論上分析其結構上除了羥基、羧基等官能團，還有分子量、分子量分布等對潤濕有多大影響，有沒有一個較為確定的規(guī)律？

醇酸樹脂對顏料良好的潤濕性能一般認為是由于醇酸樹脂含有大量的長鏈飽和脂肪烴或者不飽和脂肪烴基團，由于這類基團的存在，醇酸樹脂相比一般的聚酯樹脂具有更低的表面張力，從而有更好的潤濕能力。當然，分子結構中含有一些極性基團對于潤濕也很有幫助，另外一點，就是醇酸樹脂合成的反應，最終產(chǎn)物含有大量的低分子量組分，這類低分子量組分具有更好的潤濕顏料的能力。

通常的熱塑性丙烯酸體系對顏料的潤濕分散性很差，最主要的原因，在一般人認為是因為缺少極性基團，那么這樣的體系的表面張力如何呢？一般也認為其表面張力是要小于醇酸類的，為什么潤濕性如此差？潤濕首先是一個動態(tài)過程。同樣條件下，分子量越小，潤濕越快。涂料中用的潤濕劑一般也都是低分子化合物。熱塑性丙烯酸樹脂的分子量一般都在七八萬以上，屬于比較高分子量，所以潤濕效果會差一點，而醇酸樹脂里面分子量小于一萬的占有一定比例，這部分潤濕效果很好的；另外其中極性官能團較少也是一個原因，丙烯酸樹脂通過選擇單體，表面張力的可變化范圍很大。

高分子的分散劑和傳統(tǒng)型的潤濕分散劑對顏料的潤濕性能相比哪種更好一些呢？高分子型的是不是空間位阻越大潤濕性能就越好？

單從字面上看，高分子分散劑和超分散劑不完全等同。高分子分散劑從分子量的角度說的，強調(diào)的是溶劑化鏈段的穩(wěn)定作用，當然也隱含了錨固基團的數(shù)目；超分散劑更強調(diào)錨固基團數(shù)目，有些超分散劑的分子量并不是很高。

所謂潤濕是指一種流體被另一種流體從固體表面或固液界面所取代的過程。單純從潤濕的角度看，溶劑通常比分散劑潤濕更快，但是穩(wěn)定性很差。傳統(tǒng)的潤濕分散劑分子量小，潤濕較快。但傳統(tǒng)的潤濕分散劑對顏料的錨固基團從種類和數(shù)量上講一般不及高分子分散劑或超分散劑，其穩(wěn)定效果通常要差些。傳統(tǒng)的分散劑由于錨固基團少，需要更多量的分散劑充分吸附顏料表面的活性點。但這并不是說超分散劑或高分子分散劑的效果總會好過傳統(tǒng)的分散劑，這中間還牽涉到分子結構的控制，比如兩個錨固基團之間的鏈長，如果控制不好的話，會更容易形成顏料的架橋絮凝，另外空間位阻起的是穩(wěn)定作用，但對前期的潤濕鋪展過程其實不利。