新型结构表面活性剂在涂料中的应用

表面活性剂是少量使用即可使表(界)面的一些物理化学性质发生显著变化的物质。表面活性剂作为助剂已经成为涂料中不可缺少的重要组成部分，加入极少量就可以大幅提高涂料和涂膜的质量[1]。表面活性剂可以在涂料加工过程中提高研磨效率，避免产生结皮，消除泡沫；在贮存过程中防止颜料凝聚和霉败；在施工过程中防止流挂；在涂膜过程中提高附着力；在成膜过程中增加光泽，防止浮色发花、缩孔；在应用过程中使涂层防霉、防污、防静电。涂料助剂应用水平的高低已成为衡量涂料质量好坏、科技含量高低的重要标志。几种类型的表面活性剂结构如图1所示。由图1可见，传统型的表面活性剂通常具有一个亲水头基和疏水尾链，在涂料中已得到广泛应用[2]。包括阴离子型表面活性剂，如脂肪酸、脂肪醇磺酸酯、烷基磺酸酯等；阳离子表面活性剂，如脂肪胺的盐和季铵盐等；非离子表面活性剂，如脂肪醇聚氧乙烯醚和烷基酚聚氧乙烯醚等；两性表面活性剂，如氨基酸和甜菜碱衍生物等；阴阳离子对型表面活性剂，如油基氨基油酸盐等。
随着科学技术的进步，对表面活性剂的要求更高，使用条件更苛刻，传统类型的表面活性剂已经不能满足要求，合成新型高效的表面活性剂成为当前表面活性剂工业的主要任务。新型表面活性剂在涂料中的应用也将进一步提高涂料的质量和性能，本文从分子结构的角金磨石度着重介绍几种新型表面活性剂。
1.低聚表面活性剂
所谓低聚表面活性剂是将两个或两个以上的同一或几乎同一表面活性剂单体，在其亲水头基或靠近亲水头基附近用联接基团通过化学键将这些两亲成分联接在一起。作为一种新型表面活性剂，低聚表面活性剂可以帮助人们实现从分子水平上调控有序聚集体，所以成为国际胶体科学与相关领域的研究热点[3]。近20年对它们的研究日益深入，对其基本的物理化学性质有了大致的了解，该类型表面活性剂通常具有极高的表面活性。目前已经合成的低聚表面活性剂有二聚体、三聚体和四聚体等，其中最引人注目的是二聚体，结构示意图见图1，二聚表面活性剂最早被合成于1971年[4-5]，后因其结构上的特点而被形象地命名为Gemini(英文是双子星之意)表面活性剂。Gemini表面活性剂的分子结构中有两个亲水基和两个亲油基，并通过联接基团连接起来。联接基团的存在，使得两个表面活性剂单体离子利用化学键紧密连接，其碳氢链间更容易产生强相互作用，既加强了碳氢链之间的疏水结合力，又减弱了离子头基间的排斥倾向。这就是Gemini表面活性剂和普通单链单头基表面活性剂相比较，一些性质更为优异的根本原因。实验结果表明，和离子头基连接相同碳原子数尾链的普通表面活性剂相比，降低表面张力的效率高3个数量级，临界胶束浓度低2个数量级，而且其胶束的聚集数、形态、流变性等性质与普通表面活性剂都有很大的不同。Gemini型表面活性剂的基础研究已经比较完善，由于制造工艺和成本原因还没有大量进入市场，但是其表面活性方面的高效率和高效能正引起工业界相当的关注。目前已经有一些产品在涂料中应用，如Degussa公司的TegoTwin4000就是Gemini型硅氧烷表面活性剂，作为润湿分散剂，具有不稳泡和消泡性。AirProducts公司的EnviroGemAD01属于乙炔二醇类低聚表面活性剂，典型的炔醇类二聚表面活性剂如图2所示，EnviroGemAE系列Gemini型表面活性剂可以作为环境友好、易生物降解的润湿分散剂。