涂料之家讯：
简 介：工业用催干剂是涂料工业的主要助剂，其作用是加速漆膜的氧化、聚合、干燥，达到快干的目的。通常是过渡金属的有机酸盐。
催干机理：
催干剂有金属氧化物，金属盐，金属皂三类使用形式。金属氧化物和金属盐都是在熬漆过程中加入，形成油脂皂后才呈现催干作用。目前使用最多的是金属皂这种形式，金属皂是有机酸和某些金属反应而成的，她的通式是RCOOM（M——金属部分，RCOO——有机酸部分)，催干剂的特性决定于金属部分，而有机酸部分使其发乎催干效果。事实上每种金属的催干性能是不一样的，同种金属皂对不同涂料品种的催干作用也不相同。实际使用最多的为钴、锰、铅、锌、钙、铁、锆、铈，稀土是新型的催干剂。
具有催干性能的金属，必须在“活性状态”下才能发挥其催干作用。若将钴，锰，铅等变价金属以胶体状态很细地分散在油中，并无催干作用。例如四乙基铅[Pb(C2H5)4]在油中能很好地混溶，但仍无催干作用。因此具有催干性能的金属必然形成金属皂而溶于油中，其有机酸作为阴离子，金属部分为阳离子，才能呈现催干作用。
Ø 催干剂的阴离子部分——有机酸
催干剂的有机酸决定金属皂皂涂料中的溶解性和相容性。催干剂中有机酸虽不相同，但其呈现的催干特性都相同，如环烷酸铅和亚油酸铅都以催底干为主，但亚麻油酸皂因其溶解性差而降低其催干活性。有机酸的种类很多，但用于催干剂的有机酸需符合以下条件。
① 形成的金属皂在连接料及有机溶剂中溶解度好。有机酸的不饱和性越大，其金属皂的溶解性越好。如亚麻油酸皂的溶解性要比硬脂酸皂好。
② 饱和有机酸的适宜链长为6-10碳，碳链上具有侧链，特别是α碳上连有支链，具有较好的溶解性，如2-乙基乙酸的金属皂要比正辛酸金属皂的溶解性更佳。
③ 在水中的溶解度小。苯甲酸的额金属皂在有机溶剂中的溶解度好，色泽淡，价格低，酸价高，但对水敏感而影响漆膜的抗水性。
④ 贮存性好，不易氧化及分解。松香酸和亚麻油酸等不饱和脂肪酸本身在贮存过程中氧化，引起颜色变深，溶解性降低而析出，影响其催干性。
饱和有机酸如环烷酸，2-乙基乙酸，新葵酸，异壬酸的金属皂具有优良的贮存稳定性。
⑤ 色泽浅，气味小而杂质少。浅色漆不能用深色金属皂，以免影响其色泽，故采用的有机酸需精制。环烷酸皂有特殊气味，不宜用于食品工业用涂料。有机酸不能含有对涂膜有影响的有害物质如硫化物等。2-乙基乙酸，新葵酸等合成脂肪酸具有高的纯度和极浅的色泽，而且无特殊气味。
⑥ 来源广，价格低廉。天然有机酸如亚油酸，焦油酸，环烷酸的来源较广而且价格低，但由于其天然脂肪酸质量不稳定，仅焦油酸及环烷酸被普遍使用。
表1是常用于催干剂的有机酸及特性。
近年来，由于环烷酸的资源日益减少，而合成脂肪酸的化学纯度要比天然脂肪酸好得多，因而以合成羧酸皂混合物为基础的催干剂在市场上普遍供应，生产厂常以其羧酸来命名其催干剂牌号，合成羧酸的高酸值使其金属皂具有较高的含量，黏度亦低。由于其耗酸量低，成本与环烷酸皂相近。
石蜡氧化制取的哼唱脂肪酸都为直链酸，其色泽较浅，价格低，但其金属皂的溶解性差，可将其C6-9合成脂肪酸与环烷酸或支链脂肪酸拼合使用，以降低成本。
Ø 催干剂的阳离子部分——金属离子
催干剂可分为活性和辅助两种，其中活性催干剂又可分为氧化型和聚合型，见表2。
催干剂的作用决定于其中金属离子部分，因此，涂料催干剂的用量都是以其所含的金属量来计算的，各种催干剂都规定其金属离子浓度。在实际应用时，油基清漆是以植物油中的金属含量来表示的，各种合成树脂涂料则以树脂固体分钟的金属含量来表示。
分类及特性：
1. 钴催干剂
钴催干剂是催干活性最强的氧化型催干剂，因氧化作用是从漆膜表面开始的，因而它使漆膜表面干燥加速，常作面催干剂。
钴催干剂一般与铅，锰，钙等催干剂配合使用，使涂层表里平衡干燥，如单独使用或使用量过多，会使涂膜表面很快干结而收缩，产生皱皮和因底干而发软的各种漆膜缺陷。特别是其强烈的催化氧化性，促使漆膜过早老化并发脆，因此，漆膜的干性在达到施工要求的前提下，以少用为宜，其适合用量为0.02 %-0.06 %。以钙，锌等助催干剂配合使用，可有效地调节其表面干燥速度，用量超过0.08 %则需注意，必须仔细进行试验评价。
钴催化剂也可用于热固型涂料如氨基烘漆中以提高其硬度，用量为0.00 %-0.02 %，与铁，锰催干剂相比，不易变色，但硬度和坚韧性不及后者，在油墨中听涂膜极薄，故可用钴催干剂。
钴皂是呈蓝紫色的黏稠液体，高价钴态时则呈绿色。在涂料、油料与钴皂拼混后的贮存过程中，过氧化物与钴皂作用而产生绿色。一般认为钴皂在高价状态才呈现催干作用。
钴皂与污类抗结皮剂混用会形成金属-配合物而呈现红至红紫色，产生不同的颜色，但漆膜干燥后颜色即消失。
钴催干剂常使用的金属含量在4 %-12 %
2. 铅催干剂
铅催干剂为聚合型催干剂，在大多数醇酸漆中能促使漆膜底层干燥而得到坚韧而英的漆膜，并能提高漆膜的附着力及耐候性。但其氧化催干性低，必须与钴，锰，催干剂配合使用，一般用量为钴用量的10倍，正常用量的金属含量在0.5 %-1 %
铅皂与醇酸树脂中游离的苯二甲酸酐形成溶解度较小的铅盐而析出，使清漆发浑。铅皂与空气中的里硫化物作用而变色，因而使漆膜玷污而变暗，铅皂有一定毒性，在玩具及儿童用品的涂料中严禁用铅皂做催干剂，铅粉漆中若使用铅皂，铅粉表面的硬脂酸膜为铅皂取代而失去漂浮性，因而使铅粉漆膜亮度差而发灰，在补能用铅催干剂的涂料中，常以铈或锆催干剂代之。
铅皂对颜料有润滑分散作用，颜料分较多的漆浆，在轧制前加入以降低其粘稠度，并能改善其失干倾向，铅皂具有抗腐蚀作用，在润滑油或润滑脂中使用有防老化及腐蚀性。
铅皂的色泽较浅，一般为浅黄色液体，还可值得近乎于无色的精制品而用于白色漆中，铅催干剂的使用浓度为12 %-36 %。
3. 锰催干剂
其催赶特性在铅与钴皂之间，催干性较钴催干剂弱，具有良好的催底干性能，一般与钴，铅皂配合，用量为0.02 %-0.08 %
锰催干剂在热固型涂料中使用可提高漆膜的坚韧性与硬度，其效果要比钴皂好，但色深并易泛黄，不宜用于白色漆中，用量为0.005 %-0.02 %
锰催干剂在使用时会使涂膜出现一些反常现象，如皱皮、发霜等，需特别注意：在铅存在下，锰催干剂的缺陷更为显著，配合钙催干剂可改善清漆发浑，色漆皱皮。
在低温时影响干性较小，在表干要求不高时，可用锰催干剂取代钴催干剂，但锰催干剂易变色，特别是在烘烤时更为严重。
锰催干剂虽能有效地催底干，但仍须与助催干剂拼合使用。
4. 钙催干剂
钙催干剂没有显著的催干作用，但与钴催干剂配合使用，可以提高其催干效果，还可以使表干与底干平衡，消除起皱，属助催干剂。
钙催干剂常与钴/铅催干剂系统配合，在有殊的辅助作用，能和钴催干剂形成复合物而阻止他被颜料吸收而失去催干性，能改进在低温及高湿度下的干燥性能。在醇酸漆中调整钴催干剂在醇酸树脂中析出而使清漆发浑，色泽发雾失光等毛病。在补能使用铅催干剂的场合如玩具漆，可以钙催干剂代替铅催干剂，因其催干性能较差而用量过多，使漆膜的抗水性不良，与环烷酸铅一样，环烷酸钙可用作颜料分散使得润湿剂，能防止起霜，并改善失干性。
钙催干剂因环烷酸的用量不同而呈酸性或中性，酸性环烷酸钙具有良好的溶解性，但催干性差，而中性或碱性钙催干剂具有较好的催干性。
钙催干剂的使用浓度为4 %、6 %、10 %，用量为0.05 %-0.20 %。
5. 锌催干剂
锌催干剂为助催干剂，她能保持漆膜有较长的开放时间，使漆膜能较彻底的干燥，故在默写涂料中涂膜具有较好的硬度，锌催干剂在很多涂料中使用，能延迟其表干，她与环烷酸铅及钙一样，是又来那个的颜料润湿剂，因而在研磨阶段加入，能改进颜料的分散性，并能降低其失干性，有报道称，锌催干剂能消除活性金属复合物得形成而产生的变色现象，因为先形成的锌复合物是无色的。
锌催干剂的使用浓度为6 %、8 %、16 %及18%，用量为0.03 %-0.2 %。
6. 铁催干剂
铁催干剂在室温时无明显的催干作用，高温则具有强烈的聚合催干作用，使漆膜具有更大的硬度和韧性，主要用于热固型涂料。铁催干剂的颜色深，使漆膜具有棕红色相，因而用于沥青烘漆，黑氨基烘漆以及其他神色的氧化型烘干漆中，它不但具有高温催干性，而且对炭黑有分散湿润作用，并能防止炭黑吸附钻、锰催化干剂而产生阻力作用。有报道称，铁催干剂能改善黑烤漆的橘皮现象。
7. 钒催干剂
钒催干剂的活性很高，但由于其高价的化合态，贮存极不稳定。并且由于其颜色深以及有失干的倾向，故其应用受到了很大的限制。
8. 铈，混合稀土催干剂
稀土元素由位于元素周期表ⅢB族中的15个镧系原色加上钪，臆所组成。其4f电子层上空轨道较多，处于不稳定状态，易失去电子和接受电子，使稀土元素具有变价和配位性
稀土混合催干剂是铈、铕、钇羧酸皂的混合物，其主要组分为铈羧酸皂，其催赶特性与铈催干剂一致，而镧、铕、钇的羧酸皂没有明显的催干作用，因而稀土混合催干剂中的组分及含量的控制极为重要。
稀土，铈催干剂兼具表干及底干的催干性能，而且具有配位性，能促进醇酸树脂等涂料的实干，稀土，铈，催干剂可取代锰，锌，钙等催干剂。并且其活性比铅，钴要高，其用量之相当于铅，锰，锌，钙等催干剂总量得40 %-80 %可以降低涂料成本。
在低温和高湿度干燥的涂料中，稀土、铈催干剂尤为有效，稀土、铈催干剂用于烘漆中，具有铁催干剂的高温催干性，能使漆膜交联度增加而提高硬度和韧性，且能改进光泽和保光性但易使漆膜泛黄，不宜用于浅色漆中。在微小变色能够接受的涂料中，铈和稀土是常被选用的对象。
与钴催干剂混合使用于油基漆、醇酸树脂漆及环氧酯涂料中，稀土、铈具有以下优点
①能全部取代铅、锰、锌、钙等催干剂，将传统的5种混合催干剂简化为2种混合催干剂系统，利于生产管理及控制；
②用量可按传统的催干剂减少30 %-50 %（以金属含量计），并可降低制漆成本；
③能改善其底干，因而可提高漆膜附着力、耐水性及耐汽油性；
④无铅毒，可用于玩具漆及其他无铅涂料。
稀土、铈催干剂的使用浓度为6 %、8 %、12 %，用量为0.2 %-0.5 %。
铅的相对分子质量为207.21，铈的相对分子质量为140.12，因而0.5 %的铅皂相当于0.33 %的铈皂。以不同的醇酸树脂配清漆或色漆，以0.33 %、0.17 %、0.11 %的铈金属代替0.5 %铅皂，可改善底干及贮存稳定性（见表3），对亚油醇酸树脂有较大影响，但对脱水蓖麻油醇酸树脂的效果不明显。一般与钴皂配合使用，用量为钴的6-10倍。
9. 锆催干剂
锆催干剂实际是聚合的锆氧基与合成有机酸的配位化合物，属于配位型聚合催干剂，能与连结料中的羟基或其他极性基团络合，生成更大分子量的配位化合物锆催干剂本身成为涂膜的组成，因而具有独特的催干性。
锆催干剂对其他催干剂有较强的促催干作用，能有效地提高钴、锰皂的催干性，对铅、钙皂亦有辅助作用，本身又具有类似铅皂的催底干性。由于锆催干剂的多功能性，在气干型涂料及烘干型涂料中采用锆催干剂能提高涂膜的全面性能，如硬度、光泽等。
锆催干剂在气干型醇酸磁漆中取代铅催干剂，与钴、钙催干剂配合使用时，具有以下优点：
①改进光泽及保光性；
②好的白度及保色度；
③漆膜柔韧性好，并能改进其硬度；
④不会与硫化物作用而变色；
⑤毒性低，LD50为7-10 g/kg；
⑥用于炭黑、铁红等因吸附催干剂而失干的眼泪体系中，能改善其失干现象。
以锆催干剂代替铅催干剂用于中油度豆油醇酸树脂中，其触干时间由7 h缩短为5 h，完全硬干时间由20 h缩短为13 h。在白醇酸磁漆中用锆催干剂，其涂膜的白度好，硬度及耐水性亦有提高。
锆催干剂用于白色氨基烘漆，可提高硬度，并具有不泛黄性。用于铅粉漆，不会降低铅粉漆的漂浮性，使铅粉漆具有良好的漂浮稳定性及亮度。用于黑漆中不易失干。
锆催干剂的使用浓度为24 %、18 %、12 %、6 %，用量为0.03 %-0.2 %。
10. 铅催干剂
铅催干剂是一种辅助型催干剂，与钴、锰等配合使用，是一种有效的实干催干剂。作为交联剂而成为涂膜的组成部分，可提高涂膜性能，如硬度、抗水性、保光性，并且也具有颜料润湿和分散作用。
11. 钡催干剂
钡催干剂作为代铅催干剂用于无铅的涂料中，它能改进实干，且具有良好的颜料润湿性。钡虽然没有像铅那样具有富集的毒性，但可引起急性中毒，再加上钡是一种重金属，这都限制了它在玩具和书写工具用漆上的使用。
12. 铋催干剂
铋催干剂是一种新型的代铅催干剂，与钴配合使用能强烈地促进催干和改进实干，在不利的干燥条件下能促进干燥。铋催干剂用在烘烤漆中，可以提高其硬度。
13. 锶催干剂
锶催干剂是另一种新型的代铅催干剂，用于无铅涂料中，在不利的干燥条件下能促进干燥和实干。在低颜料分的户外涂料中，用锶代替锆会造成耐沾污性差等问题。
14. 锂催干剂
锂催干剂与钴配合具有很好的催干作用，它主要用于代铅，用在高固体份涂料中的低分子量树脂中。锂催干剂能促进实干和提高硬度，并能减少高固体份涂料中的起皱敏感性。
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