簡 介：
工業(yè)用催干劑是涂料工業(yè)的主要助劑，其作用是加速漆膜的氧化、聚合、干燥，達(dá)到快干的目的。通常是過渡金屬的有機(jī)酸鹽。
催干機(jī)理：
催干劑有金屬氧化物，金屬鹽，金屬皂三類使用形式。金屬氧化物和金屬鹽都是在熬漆過程中加入，形成油脂皂后才呈現(xiàn)催干作用。目前使用最多的是金屬皂這種形式，金屬皂是有機(jī)酸和某些金屬反應(yīng)而成的，她的通式是RCOOM（M——金屬部分，RCOO——有機(jī)酸部分)，催干劑的特性決定于金屬部分，而有機(jī)酸部分使其發(fā)乎催干效果。事實(shí)上每種金屬的催干性能是不一樣的，同種金屬皂對不同涂料品種的催干作用也不相同。實(shí)際使用最多的為鈷、錳、鉛、鋅、鈣、鐵、鋯、鈰，稀土是新型的催干劑。
具有催干性能的金屬，必須在“活性狀態(tài)”下才能發(fā)揮其催干作用。若將鈷，錳，鉛等變價(jià)金屬以膠體狀態(tài)很細(xì)地分散在油中，并無催干作用。例如四乙基鉛[Pb(C2H5)4]在油中能很好地混溶，但仍無催干作用。因此具有催干性能的金屬必然形成金屬皂而溶于油中，其有機(jī)酸作為陰離子，金屬部分為陽離子，才能呈現(xiàn)催干作用。
Ø 催干劑的陰離子部分——有機(jī)酸
催干劑的有機(jī)酸決定金屬皂皂涂料中的溶解性和相容性。催干劑中有機(jī)酸雖不相同，但其呈現(xiàn)的催干特性都相同，如環(huán)烷酸鉛和亞油酸鉛都以催底干為主，但亞麻油酸皂因其溶解性差而降低其催干活性。有機(jī)酸的種類很多，但用于催干劑的有機(jī)酸需符合以下條件。
① 形成的金屬皂在連接料及有機(jī)溶劑中溶解度好。有機(jī)酸的不飽和性越大，其金屬皂的溶解性越好。如亞麻油酸皂的溶解性要比硬脂酸皂好。
② 飽和有機(jī)酸的適宜鏈長為6-10碳，碳鏈上具有側(cè)鏈，特別是α碳上連有支鏈，具有較好的溶解性，如2-乙基乙酸的金屬皂要比正辛酸金屬皂的溶解性更佳。
③ 在水中的溶解度小。苯甲酸的額金屬皂在有機(jī)溶劑中的溶解度好，色澤淡，價(jià)格低，酸價(jià)高，但對水敏感而影響漆膜的抗水性。
④ 貯存性好，不易氧化及分解。松香酸和亞麻油酸等不飽和脂肪酸本身在貯存過程中氧化，引起顏色變深，溶解性降低而析出，影響其催干性。
飽和有機(jī)酸如環(huán)烷酸，2-乙基乙酸，新葵酸，異壬酸的金屬皂具有優(yōu)良的貯存穩(wěn)定性。
⑤ 色澤淺，氣味小而雜質(zhì)少。淺色漆不能用深色金屬皂，以免影響其色澤，故采用的有機(jī)酸需精制。環(huán)烷酸皂有特殊氣味，不宜用于食品工業(yè)用涂料。有機(jī)酸不能含有對涂膜有影響的有害物質(zhì)如硫化物等。2-乙基乙酸，新葵酸等合成脂肪酸具有高的純度和極淺的色澤，而且無特殊氣味。
⑥ 來源廣，價(jià)格低廉。天然有機(jī)酸如亞油酸，焦油酸，環(huán)烷酸的來源較廣而且價(jià)格低，但由于其天然脂肪酸質(zhì)量不穩(wěn)定，僅焦油酸及環(huán)烷酸被普遍使用。
表1是常用于催干劑的有機(jī)酸及特性。
近年來，由于環(huán)烷酸的資源日益減少，而合成脂肪酸的化學(xué)純度要比天然脂肪酸好得多，因而以合成羧酸皂混合物為基礎(chǔ)的催干劑在市場上普遍供應(yīng)，生產(chǎn)廠常以其羧酸來命名其催干劑牌號，合成羧酸的高酸值使其金屬皂具有較高的含量，黏度亦低。由于其耗酸量低，成本與環(huán)烷酸皂相近。
石蠟氧化制取的哼唱脂肪酸都為直鏈酸，其色澤較淺，價(jià)格低，但其金屬皂的溶解性差，可將其C6-9合成脂肪酸與環(huán)烷酸或支鏈脂肪酸拼合使用，以降低成本。
Ø 催干劑的陽離子部分——金屬離子
催干劑可分為活性和輔助兩種，其中活性催干劑又可分為氧化型和聚合型，見表2。
催干劑的作用決定于其中金屬離子部分，因此，涂料催干劑的用量都是以其所含的金屬量來計(jì)算的，各種催干劑都規(guī)定其金屬離子濃度。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，油基清漆是以植物油中的金屬含量來表示的，各種合成樹脂涂料則以樹脂固體分鐘的金屬含量來表示。
分類及特性：
1. 鈷催干劑
鈷催干劑是催干活性最強(qiáng)的氧化型催干劑，因氧化作用是從漆膜表面開始的，因而它使漆膜表面干燥加速，常作面催干劑。
鈷催干劑一般與鉛，錳，鈣等催干劑配合使用，使涂層表里平衡干燥，如單獨(dú)使用或使用量過多，會使涂膜表面很快干結(jié)而收縮，產(chǎn)生皺皮和因底干而發(fā)軟的各種漆膜缺陷。特別是其強(qiáng)烈的催化氧化性，促使漆膜過早老化并發(fā)脆，因此，漆膜的干性在達(dá)到施工要求的前提下，以少用為宜，其適合用量為0.02 %-0.06 %。以鈣，鋅等助催干劑配合使用，可有效地調(diào)節(jié)其表面干燥速度，用量超過0.08 %則需注意，必須仔細(xì)進(jìn)行試驗(yàn)評價(jià)。
鈷催化劑也可用于熱固型涂料如氨基烘漆中以提高其硬度，用量為0.00 %-0.02 %，與鐵，錳催干劑相比，不易變色，但硬度和堅(jiān)韌性不及后者，在油墨中聽涂膜極薄，故可用鈷催干劑。
鈷皂是呈藍(lán)紫色的黏稠液體，高價(jià)鈷態(tài)時(shí)則呈綠色。在涂料、油料與鈷皂拼混后的貯存過程中，過氧化物與鈷皂作用而產(chǎn)生綠色。一般認(rèn)為鈷皂在高價(jià)狀態(tài)才呈現(xiàn)催干作用。
鈷皂與污類抗結(jié)皮劑混用會形成金屬-配合物而呈現(xiàn)紅至紅紫色，產(chǎn)生不同的顏色，但漆膜干燥后顏色即消失。
鈷催干劑常使用的金屬含量在4 %-12 %
2. 鉛催干劑
鉛催干劑為聚合型催干劑，在大多數(shù)醇酸漆中能促使漆膜底層干燥而得到堅(jiān)韌而英的漆膜，并能提高漆膜的附著力及耐候性。但其氧化催干性低，必須與鈷，錳，催干劑配合使用，一般用量為鈷用量的10倍，正常用量的金屬含量在0.5 %-1 %
鉛皂與醇酸樹脂中游離的苯二甲酸酐形成溶解度較小的鉛鹽而析出，使清漆發(fā)渾。鉛皂與空氣中的里硫化物作用而變色，因而使漆膜玷污而變暗，鉛皂有一定毒性，在玩具及兒童用品的涂料中嚴(yán)禁用鉛皂做催干劑，鉛粉漆中若使用鉛皂，鉛粉表面的硬脂酸膜為鉛皂取代而失去漂浮性，因而使鉛粉漆膜亮度差而發(fā)灰，在補(bǔ)能用鉛催干劑的涂料中，常以鈰或鋯催干劑代之。
鉛皂對顏料有潤滑分散作用，顏料分較多的漆漿，在軋制前加入以降低其粘稠度，并能改善其失干傾向，鉛皂具有抗腐蝕作用，在潤滑油或潤滑脂中使用有防老化及腐蝕性。
鉛皂的色澤較淺，一般為淺黃色液體，還可值得近乎于無色的精制品而用于白色漆中，鉛催干劑的使用濃度為12 %-36 %。
3. 錳催干劑
其催趕特性在鉛與鈷皂之間，催干性較鈷催干劑弱，具有良好的催底干性能，一般與鈷，鉛皂配合，用量為0.02 %-0.08 %
錳催干劑在熱固型涂料中使用可提高漆膜的堅(jiān)韌性與硬度，其效果要比鈷皂好，但色深并易泛黃，不宜用于白色漆中，用量為0.005 %-0.02 %
錳催干劑在使用時(shí)會使涂膜出現(xiàn)一些反常現(xiàn)象，如皺皮、發(fā)霜等，需特別注意：在鉛存在下，錳催干劑的缺陷更為顯著，配合鈣催干劑可改善清漆發(fā)渾，色漆皺皮。
在低溫時(shí)影響干性較小，在表干要求不高時(shí)，可用錳催干劑取代鈷催干劑，但錳催干劑易變色，特別是在烘烤時(shí)更為嚴(yán)重。
錳催干劑雖能有效地催底干，但仍須與助催干劑拼合使用。
4. 鈣催干劑
鈣催干劑沒有顯著的催干作用，但與鈷催干劑配合使用，可以提高其催干效果，還可以使表干與底干平衡，消除起皺，屬助催干劑。
鈣催干劑常與鈷/鉛催干劑系統(tǒng)配合，在有殊的輔助作用，能和鈷催干劑形成復(fù)合物而阻止他被顏料吸收而失去催干性，能改進(jìn)在低溫及高濕度下的干燥性能。在醇酸漆中調(diào)整鈷催干劑在醇酸樹脂中析出而使清漆發(fā)渾，色澤發(fā)霧失光等毛病。在補(bǔ)能使用鉛催干劑的場合如玩具漆，可以鈣催干劑代替鉛催干劑，因其催干性能較差而用量過多，使漆膜的抗水性不良，與環(huán)烷酸鉛一樣，環(huán)烷酸鈣可用作顏料分散使得潤濕劑，能防止起霜，并改善失干性。
鈣催干劑因環(huán)烷酸的用量不同而呈酸性或中性，酸性環(huán)烷酸鈣具有良好的溶解性，但催干性差，而中性或堿性鈣催干劑具有較好的催干性。
鈣催干劑的使用濃度為4 %、6 %、10 %，用量為0.05 %-0.20 %。
5. 鋅催干劑
鋅催干劑為助催干劑，她能保持漆膜有較長的開放時(shí)間，使漆膜能較徹底的干燥，故在默寫涂料中涂膜具有較好的硬度，鋅催干劑在很多涂料中使用，能延遲其表干，她與環(huán)烷酸鉛及鈣一樣，是又來那個(gè)的顏料潤濕劑，因而在研磨階段加入，能改進(jìn)顏料的分散性，并能降低其失干性，有報(bào)道稱，鋅催干劑能消除活性金屬復(fù)合物得形成而產(chǎn)生的變色現(xiàn)象，因?yàn)橄刃纬傻匿\復(fù)合物是無色的。
鋅催干劑的使用濃度為6 %、8 %、16 %及18%，用量為0.03 %-0.2 %。
6. 鐵催干劑
鐵催干劑在室溫時(shí)無明顯的催干作用，高溫則具有強(qiáng)烈的聚合催干作用，使漆膜具有更大的硬度和韌性，主要用于熱固型涂料。鐵催干劑的顏色深，使漆膜具有棕紅色相，因而用于瀝青烘漆，黑氨基烘漆以及其他神色的氧化型烘干漆中，它不但具有高溫催干性，而且對炭黑有分散濕潤作用，并能防止炭黑吸附鉆、錳催化干劑而產(chǎn)生阻力作用。有報(bào)道稱，鐵催干劑能改善黑烤漆的橘皮現(xiàn)象。
7. 釩催干劑
釩催干劑的活性很高，但由于其高價(jià)的化合態(tài)，貯存極不穩(wěn)定。并且由于其顏色深以及有失干的傾向，故其應(yīng)用受到了很大的限制。
8. 鈰，混合稀土催干劑
稀土元素由位于元素周期表ⅢB族中的15個(gè)鑭系原色加上鈧，臆所組成。其4f電子層上空軌道較多，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易失去電子和接受電子，使稀土元素具有變價(jià)和配位性
稀土混合催干劑是鈰、銪、釔羧酸皂的混合物，其主要組分為鈰羧酸皂，其催趕特性與鈰催干劑一致，而鑭、銪、釔的羧酸皂沒有明顯的催干作用，因而稀土混合催干劑中的組分及含量的控制極為重要。
稀土，鈰催干劑兼具表干及底干的催干性能，而且具有配位性，能促進(jìn)醇酸樹脂等涂料的實(shí)干，稀土，鈰，催干劑可取代錳，鋅，鈣等催干劑。并且其活性比鉛，鈷要高，其用量之相當(dāng)于鉛，錳，鋅，鈣等催干劑總量得40 %-80 %可以降低涂料成本。
在低溫和高濕度干燥的涂料中，稀土、鈰催干劑尤為有效，稀土、鈰催干劑用于烘漆中，具有鐵催干劑的高溫催干性，能使漆膜交聯(lián)度增加而提高硬度和韌性，且能改進(jìn)光澤和保光性但易使漆膜泛黃，不宜用于淺色漆中。在微小變色能夠接受的涂料中，鈰和稀土是常被選用的對象。
與鈷催干劑混合使用于油基漆、醇酸樹脂漆及環(huán)氧酯涂料中，稀土、鈰具有以下優(yōu)點(diǎn)
①能全部取代鉛、錳、鋅、鈣等催干劑，將傳統(tǒng)的5種混合催干劑簡化為2種混合催干劑系統(tǒng)，利于生產(chǎn)管理及控制；
②用量可按傳統(tǒng)的催干劑減少30 %-50 %（以金屬含量計(jì)），并可降低制漆成本；
③能改善其底干，因而可提高漆膜附著力、耐水性及耐汽油性；
④無鉛毒，可用于玩具漆及其他無鉛涂料。
稀土、鈰催干劑的使用濃度為6 %、8 %、12 %，用量為0.2 %-0.5 %。
鉛的相對分子質(zhì)量為207.21，鈰的相對分子質(zhì)量為140.12，因而0.5 %的鉛皂相當(dāng)于0.33 %的鈰皂。以不同的醇酸樹脂配清漆或色漆，以0.33 %、0.17 %、0.11 %的鈰金屬代替0.5 %鉛皂，可改善底干及貯存穩(wěn)定性（見表3），對亞油醇酸樹脂有較大影響，但對脫水蓖麻油醇酸樹脂的效果不明顯。一般與鈷皂配合使用，用量為鈷的6-10倍。
9. 鋯催干劑
鋯催干劑實(shí)際是聚合的鋯氧基與合成有機(jī)酸的配位化合物，屬于配位型聚合催干劑，能與連結(jié)料中的羥基或其他極性基團(tuán)絡(luò)合，生成更大分子量的配位化合物鋯催干劑本身成為涂膜的組成，因而具有獨(dú)特的催干性。
鋯催干劑對其他催干劑有較強(qiáng)的促催干作用，能有效地提高鈷、錳皂的催干性，對鉛、鈣皂亦有輔助作用，本身又具有類似鉛皂的催底干性。由于鋯催干劑的多功能性，在氣干型涂料及烘干型涂料中采用鋯催干劑能提高涂膜的全面性能，如硬度、光澤等。
鋯催干劑在氣干型醇酸磁漆中取代鉛催干劑，與鈷、鈣催干劑配合使用時(shí)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①改進(jìn)光澤及保光性；
②好的白度及保色度；
③漆膜柔韌性好，并能改進(jìn)其硬度；
④不會與硫化物作用而變色；
⑤毒性低，LD50為7-10 g/kg；
⑥用于炭黑、鐵紅等因吸附催干劑而失干的眼淚體系中，能改善其失干現(xiàn)象。
以鋯催干劑代替鉛催干劑用于中油度豆油醇酸樹脂中，其觸干時(shí)間由7 h縮短為5 h，完全硬干時(shí)間由20 h縮短為13 h。在白醇酸磁漆中用鋯催干劑，其涂膜的白度好，硬度及耐水性亦有提高。
鋯催干劑用于白色氨基烘漆，可提高硬度，并具有不泛黃性。用于鉛粉漆，不會降低鉛粉漆的漂浮性，使鉛粉漆具有良好的漂浮穩(wěn)定性及亮度。用于黑漆中不易失干。
鋯催干劑的使用濃度為24 %、18 %、12 %、6 %，用量為0.03 %-0.2 %。
10. 鉛催干劑
鉛催干劑是一種輔助型催干劑，與鈷、錳等配合使用，是一種有效的實(shí)干催干劑。作為交聯(lián)劑而成為涂膜的組成部分，可提高涂膜性能，如硬度、抗水性、保光性，并且也具有顏料潤濕和分散作用。
11. 鋇催干劑
鋇催干劑作為代鉛催干劑用于無鉛的涂料中，它能改進(jìn)實(shí)干，且具有良好的顏料潤濕性。鋇雖然沒有像鉛那樣具有富集的毒性，但可引起急性中毒，再加上鋇是一種重金屬，這都限制了它在玩具和書寫工具用漆上的使用。
12. 鉍催干劑
鉍催干劑是一種新型的代鉛催干劑，與鈷配合使用能強(qiáng)烈地促進(jìn)催干和改進(jìn)實(shí)干，在不利的干燥條件下能促進(jìn)干燥。鉍催干劑用在烘烤漆中，可以提高其硬度。
13. 鍶催干劑
鍶催干劑是另一種新型的代鉛催干劑，用于無鉛涂料中，在不利的干燥條件下能促進(jìn)干燥和實(shí)干。在低顏料分的戶外涂料中，用鍶代替鋯會造成耐沾污性差等問題。
14. 鋰催干劑
鋰催干劑與鈷配合具有很好的催干作用，它主要用于代鉛，用在高固體份涂料中的低分子量樹脂中。鋰催干劑能促進(jìn)實(shí)干和提高硬度，并能減少高固體份涂料中的起皺敏感性。
