涂料用乳化剂及其标准简介

二、相关标准

• GB/T 6369-2008《表面活性剂 乳化力的测定 比色法》

• GB/T 11543-2008《表面活性剂 中、高黏度乳液的特性测试及其乳化能力的评价方法》

• HG/T 2500-2011(2017)《乳化剂S-60》

• HG/T 3508-2010(2017)《乳化剂S-80》

• HG/T 3509-2012(2017)《乳化剂T-60》

• HG/T 3510-2012(2017)《乳化剂T-80》

• HG/T 4037-2008(2017)《乳化剂FM》

• HG/T 4305-2012(2017)《乳化剂S-20》

• HG/T 4306-2012(2017)《乳化剂S-40》

• HG/T 4307-2012(2017)《乳化剂S-65》

• HG/T 5000-2016(2023)《乳化剂OS》

• HG/T 5001-2016(2023)《乳化剂S-85》

三、乳化剂的分类

根据HLB值，将乳化剂分为油包水型 (W/O型，即亲油型) 及水包油型 (O/W型，即亲水型) 两大类。前者使水分散到油中，如单硬脂酸甘油酯；后者使油分散到水中，如蔗糖酯、大豆磷脂等。根据乳化剂亲水基的特性，可以分为：

1. 阴离子型乳化剂

这类乳化剂在水中电离生成带阴离子的亲水基团，如脂肪酸皂、烷基硫酸盐 (十二烷基硫酸钠) 、烷基苯磺酸盐 (十二烷基苯磺酸钠) 、磷酸盐等。阴离子乳化剂要求在碱性或中性条件下使用，不能在酸性条件下使用。也可与其他阴离子乳化剂或非离子乳化剂配合使用，但不得与阳离子乳化剂一起使用。具体有：

羧酸盐型：如硬脂酸钠盐 (C₁₇H₃₅CO₂Na)；

硫酸盐型：如十二烷基硫酸钠盐 (C₁₂H₂₅OSO₃Na)；

磺酸盐型：如十二烷基苯磺酸钙盐；

磷酸酯类：如脂肪酸磷酸酯。

2. 阳离子型乳化剂

这类乳化剂在水中电离生成带阳离子亲水基团，如N-十二烷基二甲胺及其他胺衍生物、季铵盐等。阳离子乳化剂应在酸性条件下使用，不得与阴离子乳化剂一起使用。具体有：

胺的衍生物：如N-十二烷基二甲胺。

3. 非离子型乳化剂

这种乳化剂在水中不电离。其亲水基是各种极性基，如聚氧乙烯醚、聚氧丙烯醚、环氧乙烷和环氧丙烷嵌段共聚物、多元醇脂肪酸酯、聚乙烯醇等。具体有：

吐温类：如聚山梨醇酯 (Tween) 系列；

司盘类：如失水山梨醇脂肪酸酯 (Span) 系列；

脂肪醇聚氧乙烯类：如脂肪醇聚氧乙烯醚 (AEO) 系列。

根据乳化剂的来源，可分为合成的与天然的。上述各种乳化剂均为合成的；天然乳化剂有卵磷脂、羊毛脂、阿拉伯胶等。乳化剂除乳化作用外，还具有增溶、渗透、润湿、去垢等作用。

四、乳化剂的选择与应用

一般来说，能够在乳液聚合中形成胶团并能引发聚合反应的乳化剂，通常是碳原子数在10~12以上的表面活性剂。另外，乳化剂还能在乳液聚合反应中和聚合反应结束后赋予乳液分散稳定剂，且不与单体和引发剂及其他添加剂反应，不能给涂料带来不良影响（影响涂料的调制、输送和涂布施工等）。

迄今为止，还没有统一的标准用来选择乳液聚合用乳化剂。各种乳化剂的选择仍需要通过反复实验以判断优劣。水性涂料优先参考HG/T 3510-2012(2017)《乳化剂T-80》或MS-1乳化剂技术指标，油包水型涂料需符合HG/T 3508-2010(2017)《乳化剂S-80》的乳化性能要求。这里列举一些选择乳化剂的经验：

1. 优选离子型乳化剂，因为它赋予分散粒子以静电荷，通过静电斥力作用使乳液获得分散稳定剂；

2. 采用阴离子型乳化剂和非离子型乳化剂混用，可取得更好的乳化和乳液稳定效果；

3. 选择与乳化物质结构类似的乳化剂，以增强乳化效果；

4. 使用对单体有更大加溶能力的乳化剂；

5. 所用乳化剂不应干扰乳液聚合反应，并有良好的聚合稳定性和贮藏性。

五、乳化剂的几个重要性能指标

CMC值-临界胶束浓度：指能够形成胶束的最低表面活性剂浓度。浓度低于CMC值时，乳化剂以单个分子状态溶解于水中，形成真溶液；高于CMC值时，则乳化剂分子聚集成“胶束”，亲水基团指向水相，亲油基指向胶束内核，每个胶束由50~100个乳化剂分子组成。因此乳液聚合时其浓度必须大于CMC。

HLB值-亲水亲油平衡值：每个表面活性剂分子都含有亲水、亲油基团，这两种基团的大小和性质影响其乳化效果。通常用HLB值表示表面活性剂的亲水、亲油性。HLB越大亲水性越强，HLB值一般在1~40之间。乳液聚合常选用阴离子水包油型 (O/W) 乳化剂，HLB值通常在在8~18之间。复合乳化剂具有协同效应，复合乳化剂的HLB值可以用这几种乳化剂HLB值的质量平均值进行计算。

阴离子乳化剂的三相平衡点：即阴离子乳化剂处于分子溶解状态、胶束、凝胶三相平衡时的温度，亦称为克拉夫特点 (Kraft point)。高于三相平衡点，凝胶消失，乳化剂仅以分子、胶束状态存在；但当低于三相平衡点时，乳化剂分子以凝胶析出，失去乳化能力。乳液聚合温度应选择高于三相平衡点。非离子型表面活性剂无三相平衡点。

非离子型表面活性剂的浊点：非离子型表面活性剂的水溶液加热至一定温度时，溶液由透明变为混浊，出现这现象的临界温度即为浊点 (cloud point)。非离子型表面活性剂之所以存在浊点是由于其溶解特点决定的。非离子型表面活性剂的水溶液中，表面活性剂分子通过氢键和水形成缔合体，从而使乳化剂能溶于水形成透明溶液。随着温度的升高，分子运动能力提高，缔合的水层变薄，表面活性剂的溶解性大大降低，即从水中析出。因此，乳液聚合温度设计的应低于非离了型表面活性剂的浊点。