催干剂的作用机理和应用
催干剂是指能提高氧化交联型涂膜固化速度的物质,起加速固化的作用,俗称干料。主要是油溶性的有机酸金属盐类,常用的有铅、钴、锰的环烷酸盐、辛酸盐、松香酸盐和亚油酸盐。
催干剂是对不饱和油的成膜过程,起催干作用的金属有机酸皂。可以根据其在催干过程中的作用分成两类:一类称为主催干剂,另一类称为助催干剂。
主催干剂主要包括钴、锰、铅催干剂这类金属在成膜的整个过程中,都起着催化作用。在诱导期阶段,可促进抗氧剂的氧化,抵消抗氧剂的抗氧性能,对干性油来讲, 当不饱和脂肪酸被氧化时,由于催干剂金属的存在将大大加速脂肪酸的吸氧速度,以及过氧化氢破裂和游离基聚合的速度。
不同的催干金属有不同的影响,例如,钴有利催化生成过氧化氢基,锰可有效地促使过氧化氢基的分裂,这两种催干剂都具有较大的吸氧能力,促使油膜的表层干燥,故常把它们称之为氧化型催干剂。
从氧化干燥来看,钴的能力比锰强,达到油膜表面干燥封闭的时间短,因此也就容易导致膜层起皱。铅金属虽增加不饱和油吸氧的速度, 但对过氧化氢基的破裂似乎无效,所以干燥较慢, 容易达到里层干燥的效果,不会产生表层封闭而起皱的弊病。铁金属在高温下方能发挥类似铅金属的作用,这两种催干金属称为聚合型催干剂。
综上所述,各种金属各有其特性,若能配合使用得当,就会产生较好的催干效果,缩短油膜干燥时间,且所得膜层不会产生表里干燥不一致,表面起皱等弊病。
助催干剂单独使用不起作用,但是它们可以提高主催干剂的催干效率,还可以起到使漆膜干燥均匀(表里一致)消除起皱和使主催干剂稳定等作用。属于这一类的有锌和钙催干剂。
关于这类催干剂的作用机理,一般认为在于干燥的初期它们与聚合物的羟基形成配位络合物.起到调整漆膜状态的作用。另外,钙、锌等这类金属的皂类碱性要比钴、锰强得多, 因此在不饱和油或油基树脂漆中,它们比钴、锰等金属更易与游离酸或聚合物的羧基生成皂,这样就使主催干剂始终处于游离状态,便于发挥其催干效能。
现在,用作催干剂的金属,大都不直接使用它们的氧化物,而采用相应的有机酸的皂类,因此它们在清漆中有良好的溶解性能。有机酸对发挥催干金属的作用有一定的影响。用作制造催干剂的有机酸,须具备一定的条件,如生成的皂要有良好的溶解性能,在长期储存中稳定 本身不易被氧化、分解等。目前一般用环烷酸和异辛酸(2-乙基己酸)。
催干剂的应用
目前经常使用的催干金属, 主要为铅、锰、钴、锌、钙等五种,其他如镍、铈等尚使用不多。下面就其使用性能作简单介绍。
1.钴催干剂
特点是表干快,如单独作用,表面很快结膜封闭,造成下层长时间不干,表面层有下层低分子渗八而产生应力,结果表面隆起而形成皱纹;因此在使用钴催干剂时都配合使用铅催干剂,达到表里干燥一致,避免起皱。常见的环烷酸钴和异辛酸钴,在未加溶剂稀释时,都是紫红色浆状均匀液体,金属钴的质量分数为8%。为便于使用,用50%的溶剂稀释。在与其他金属配合使用时,它的用量只需油量的0 02 ~0.05%左右, 最高不超过0.1% 。
2.锰催干剂
它在促进油膜的表面干燥方面不及钴催干剂迅速,因此有利于底层的干燥,起皱性不如钴明显。缺点是颜色深, 不宜用于白色或浅色漆,且以后有变黄倾向,干后增加漆膜脆性,在几种催干剂混合使用时,锰有时也会促使漆膜明显起皱,如用锰催干剂代替钴,它的用量比钴多些。在钴、锰混合使用时,锰的用量一般少于钴。环烷酸锰和异辛酸锰,都是红棕色均匀透明液体,金属锰质量分数为3%。
3.铅催干剂
它促进漆膜里层干燥,对表面封闭不强,单独作用,就会造成表面长时间发粘现象;但所得干膜坚韧耐久,硬度大, 耐候性好,与钴、锰催干剂配合使用,效果甚好。由于易与硫生成黑色硫化铅,使漆膜变深.所以不宜用于含硫之大气中。环烷酸铅为棕黄色均匀透明液体, 异辛酸铅为浅黄色均匀透明液体,铅的质量分数一般为8% ~15%。铅催干剂的用量一般为油量的0.5%~ 1.O%,并与钴或锰催干剂配合使用。
4.锌和钙催干剂
这两种助催干剂在醇酸漆中与主催干剂配合使用,效果很好,不仅可以加速干燥,而且改善了漆膜表面状况(例如克服起皱,消除丝纹等)。同时,锌也是一种良好的湿润剂,可改善颜料和漆料的湿润性能,提高研磨效率,在一定程度上改善颜料在储存中的沉淀倾向, 它们的用量一般在油量的0.1%左右。钙、锌的环烷酸皂为棕黄色均匀透明液体,异辛酸皂为浅黄色均匀透明液体,溶液浓度以金属计,一般为2%~3%。