防沉剂

【背景及概况】^[1][2]

沉降现象是涂料生产和使用过程中常常碰到的重要问题。在涂料生产和使用的各个阶段，涂料的流变性能亦是一个必须考虑的重要因素。随着特种功能涂料的研究与发展，对涂料性能的要求越来越高。导电功能涂料中金属粉的加入使涂料的沉降问题成为研究人员关注的主要问题。在涂料中加入防沉剂，即在涂料中引入了疏松网络触变性结构，能使颜填料颗粒悬浮而不结块，防止颜料沉降，改善涂料性能，保持优良的流平性等。仿制涂料中填料沉降的方法有2种：颜料絮凝法和流变助剂法。目前普遍选择第二种方法，即添加流变助剂来形成凝胶网络，赋予涂料低剪切速率下的结构黏度。合适的流变助剂不仅能降低填料沉降速度，贮存期间即使填料会略有沉降，也不会很严重且沉降层结构疏松，经搅拌能重新恢复原状。已有文献报道气相二氧化硅在热塑性丙烯酸树脂导电涂料中性能优良。

防沉剂是一类涂料的流变控制剂，它使涂料具有触变性，粘度大大提高，对涂料的生产、贮存、涂装和涂膜性能产生重要影响，因而其使用日益受到重视。目前现有的溶剂型和无溶剂型涂料用防沉剂，或多或少存在一些缺点，如添加较难、消光、对温度敏感等，为了改善此类问题和满足在多种体系中添加的要求，一些具有独特化学结构和作用机理的新型流变助剂应运而生，如改性氢化蓖麻油、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液等，具有更优异的性能，使用更方便，能够适应更广泛的溶剂范围，涂料的贮存稳定性好，有良好的涂装性能和抗流挂能力，长期贮存对涂膜光泽没有明显的影响等。相对来说防沉剂的品种已比较齐全，基本上能够满足现代涂料的要求。防沉剂的发展技术有两个方向：一是提高原有产品的性能，增强其在涂料中的使用效果，保证使用安全性，方便使用；二是开发新型品种，继续满足现代高性能涂料不断出现的新要求。

【分类及其应用】^[1][2]

1. 有机改性膨润土

有机改性膨润土是以天然蒙脱石（主要是水辉石和膨润土）为原料，与鎓盐如季铵盐反应而成。在涂料方面/有机膨润土一般作为防沉剂、增稠剂用，其防止沉淀的机理是改变体系的流变性能，使其具有触变性，从而防止颜填料沉降。有机改性膨润土的加入方法可视情况采用预凝胶加入和粉体直接加入两种方式。不管使用哪种方法加入，要充分发挥有机黏土的增稠效果，必须充分活化/即加入极性添加剂，如5%含水的甲醇或乙醇。这种极性添加剂可在未被取代的有机阳离子所覆盖的薄片表面进行溶剂化，从而降低薄片间的吸引力，并通过研磨促使极性添加剂渗进薄片间，降低薄片间的吸引力。目前有机膨润土的应用非常广泛，将天津有机陶土厂生产的 I型有机膨润土加入到氯磺乙烯防腐涂料、氯化橡胶防腐涂料中，结果表明涂层流平性好，无流挂现象，并延长了颜料的沉降时间。将有机膨润土加入到铜-环氧导电涂料中，发现有机膨润土能很好地解决铜系导电涂料中铜粉的沉降问题，极大地提高了涂层表面的导电性。有机膨润土作为触变剂可显著改善铜系导电涂料的触变性。有机改性膨润土作为防沉剂应用到涂料中能显著改善涂料的性能，但由于色泽深，透明度差，易产生刷痕，增加溶剂用量，漆液固体含量难保证，因此应用时还有一定的局限性。

2. 蓖麻油衍生物

蓖麻油衍生物是在非极性溶剂中通过分散、活化而被溶胀的长链，相互缠绕形成触变结构而起增稠作用。当受到剪切力时，缠绕被拉开，结构破坏，黏度会下降；当剪切力消失，又重新缠绕。这种重新缠绕的过程较缓慢，所以黏度恢复较慢，允许有较长的流动时间流平，适当地调节可使涂料在较大的流挂极限厚度时仍有一定程度的流平。所以蓖麻油衍生物是制造厚涂型涂料很有价值的流变助剂，广泛应用于各种涂料中赋予其触变结构，改善颜料的悬浮性，控制流挂而不牺牲流动和流平性，控制对多孔物体的渗透性，通常不与涂料中其他组成起反应，在有机体系中不影响其抗水性，对涂料耐久性无不良影响，在涂膜中不泛黄，并赋予贮存稳定性

3. 气相二氧化硅

气相二氧化硅是四氯化硅在氢氧焰中水解制得的。它粒度小，比表面积大，表面上带有硅烷醇基团。这些硅烷醇基可与邻近的气相二氧化硅颗粒间相互作用而形成氢键，见图 ：

氢键作用使其形成触变形结构。气相二氧化硅是一种理想的防沉剂，对于防止涂料体系中颜料的沉淀非常有效。特别是对于色浆体系，适量地添加将大大提高色浆的稳定性，而且能够减少润湿分散剂的量，以提高色浆的适用性并减少色浆对涂料体系沉淀的影响。气相二氧化硅的沉淀作用对涂料存放非常有利，特别是某些颜料如金属粉和薄片，都极易沉淀且不能完全悬浮，使用气相二氧化硅可保证其分散不沉淀。在完全非极性液体中，如无氢键键合能力的烃类、卤代烃溶剂中，黏度恢复时间只需几分之一秒；在极性液体中，如具有氢键键合倾向的胺类、醇类、羧酸类、醛类、二醇类中，恢复时间长达数月之久，它取决于气相二氧化硅的浓度和其分散程度。气相二氧化硅预分散后加入到成品漆中，为了提高其分散质量，通常采用高速分散机或三辊机，若分散不充分，漆膜有颗粒，影响光泽度。已有文献报道将气相二氧化硅作为防沉剂加入到铜-丙烯酸树脂导电涂料中，经过试验证明：气相二氧化硅能够使热塑性丙烯酸树脂产生触变性，防止填料粒子的沉降，但添加量过多，涂料成凝胶状态，涂层的导电性降低。

4. 聚烯烃微粒

聚烯烃微粒溶胀和分散于非极性溶剂中，制成凝胶体，可作涂料流变助剂用，有防沉和防流挂的作用。特别是防止烘烤流挂，因为它受热熔融，可与成膜树脂物理地结合而形成一体结构。聚烯烃微粒提供优良的颜料悬浮体而不明显增稠。在稀释到喷涂黏度时使颜料悬浮在体系中，改流平性，防止在浸渍槽喷漆罐和贮存容器中结块。有助于防止喷涂中有时发生的拉丝现象。在烘烤中防止流挂，加强颜料湿润，有助于贮存中保持黏度稳定性，在闪光漆中还可控制金属片良好定向和提高冲击性能。

【生产工艺】^[3][4][5]

1. 一种制备有机膨润土防沉剂的方法，该防沉剂以有机膨润土为主要原料，再配以多种辅料来生产该产品，该产品作为涂料的防沉剂添加到涂料中能够较好地平衡涂膜的抗流挂性与流平性，可赋矛涂料体系较高的触变性能，并且具有优良的增稠、防沉作用，能有效地防止涂料中颜料、填料的沉淀。生产该产品使用的原料有：有机膨润土20%-22%、浓度为95%的乙醇73%-75%、硬脂酸锌1%、液体石蜡2%、十二烷基磺酸钠1%、磷酸丙二胺1%。具体由以下步骤构成：

1）将配方量的浓度为95%的乙醇送入搅拌罐，开动搅拌机搅拌，转速为25转∕分，将搅拌罐内温度调升到40-45℃，加入配方量的有机膨润土，搅拌反应1.0-1.2小时。

2）将搅拌罐中的物料送入行星搅拌机，降温至常温，继续搅拌，依次加入配方量的硬脂酸锌、液体石蜡、十二烷基磺酸钠、磷酸丙二胺，搅拌反应0.5-0.7小时后得到成品。

3）有机膨润土防沉剂的使用方法是：按3-5%的比例添加到涂料中搅拌均匀即可。

2. 一种气相二氧化硅防沉剂的生产方法：该防沉剂以气相二氧化硅为主要原料，再配以醋酸乙酯、硬脂酸锌、改性聚酯来生产气相二氧化硅防沉剂，该防沉剂添加到涂料或油漆中能显著改善成品漆的性能。生产该产品使用的原料有：气相二氧化硅粉剂14-16%、醋酸乙酯77-79%、硬脂酸锌4%、改性聚酯3%。具体由以下步骤构成：

1）将配方量的醋酸乙酯送入化学反应釜，边搅拌边升温至50-55℃，将配方量的气相二氧化硅加入化学反应釜，搅拌反应1-1.2小时。

2）降温至常温，继续搅拌，边搅拌边依次将配方量的硬脂酸锌和改性聚酯加入化学反应釜，搅拌反应0.6-0.7小时后停止搅拌，得到成品。

3. 一种防沉剂及其制备方法，该防沉剂是由三羟甲基丙烷，加入氢化蓖麻油、己二胺，已二酸，已内脂和油酸制备而成。该防沉剂常温下是胶状或液态，生产工艺简单，无需太多的生产设备，可直接添加至涂料或油墨体系中，而且具有 湿润分散的功能，流平性和防沉效果显著。具体如下：一种防沉剂，其中三羟甲基丙烷80g，氢化蓖麻油150g、己二胺150g，已二酸40g，已内脂500g和油酸80g；其制备方法为：取三羟甲基丙烷，加入已内脂，氢化蓖麻油、己二胺，已二酸，油酸均匀混合，升温至190℃，充分反应8小时，降温至110℃，加入体积比9:1的二甲苯异丙醇溶剂（二甲苯：异丙醇体积比＝9:1，混合完全的得到溶剂），搅拌均匀，过滤即得。

【参考文献】

[1] 纪占敏, 施冬梅, 杜仕国. 防沉剂在涂料中的应用与发展[D]. , 2006.

[2] 李正莉, 刘祥萱, 张有智. 防沉剂对铜系导电涂料性能的影响[J]. 现代涂料与涂装, 2004, 1: 40-43.

[3] 何书凤.一种制备有机膨润土防沉剂的方法. CN201310350933.9，申请日2013-08-13.

[4] 一种气相二氧化硅防沉剂的生产方法. CN201310189722.1，申请日2013-05-22.

[5] 林日辉. 一种防沉剂及其制备方法. CN201710578185.8，申请日2017-07-16.