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支化聚合物结构以受控的方式制备，需要复杂的聚合方法和特殊的原材料。然而，具有定制支化聚合物结构的添加剂提供了新的特点，如低粘度、高流动性和高效率。
作为流平添加剂
如图1 所示，标准的聚醚- 改性的线性聚丙烯酸酯在一个液体涂料体系中，相比支化聚醚- 改性聚丙烯酸酯添加剂具有更高相容性。换句话说，新型的定制支化聚合物结构具有更高的向空气／涂层界面迁移的倾向。这些类型的聚丙烯酸酯在作为流平剂使用时更为有效。另一方面，支化、高表面活性的结构允许设计出亲水性聚醚侧链的流平添加剂。
图1：具表面活性的传统型改性聚丙烯酸酯和更有效的、支化改性聚丙烯酸酯结构的比较。
链结在支化聚丙烯酸酯流平剂的聚合物主链上的亲水性聚醚侧链，形成了一种亲水性表面效果，如图2。当含有改性支化聚丙烯酸酯流平剂的固化涂层进行下一道涂覆时，将观察到第二道涂层具有优良的润湿和铺展性。
图2：支化聚丙烯酸酯添加剂的聚醚侧链强烈促进该涂层表面的润湿。
支化改性聚丙烯酸酯的亲水性效果已经在水性固化OEM底漆中得到验证。除了涂层优异的流平性和高光泽，根据Owens-Wendt-Rabel 和Kaelbe 的方法，由水、甘油、乙二醇、正辛醇和正十二烷这五个标准液的接触角测定的表面能被观察到显著的提高。如表1所示，标准的聚丙烯酸酯添加剂不影响固化涂层的表面能。通过应用0.3% wt 的支化聚醚- 改性聚丙烯酸酯添加剂，固化膜的总表面能已增加到52.4 mN/m。与不含添加剂的对照物相比，涂层表面能的色散部分已经减少到50% 以上，至10.0 mN/m。与此相反，固化涂层表面能的极性部分已经显著增加到42.4 mN/m。水接触角非常低（30°），表明了该液态涂料具有更好的润湿性。
表1：通过使用少量定制的支化聚丙烯酸酯助剂，提高了水性OEM 底漆的表面极性和亲水性。
图3显示，在另一个水性聚酯- 三聚氰胺树脂的OEM 底漆里， 添加有支化丙烯酸酯助剂，水平和垂直地静电喷涂于CED 底板上， 都能获得优异的流平性。而添加标准聚丙烯酸酯流平剂，通过对照，观察到固化涂层的表面能轻微下降2.2 mN/m 到41.3 mN/m。与此相反，通过使用0.2% wt 的亲水性添加剂，得到固化涂层的表面能增加18.1mN/m 到61.0 mN/m。通过水性底漆，高表面能有助于下一道底色漆更好的润湿。这里，着色的底色漆（红色）被应用到涂覆有标准底漆和涂覆有改性底漆的两个CED 面板（图4 右边，左面板：标准和右面板：改性底漆）。通过静电喷涂（ESTA），红色OEM 底色漆的厚度已从面板顶端的0μm 增加到面板底端的25μm。
图3：在CED 面板上水平和垂直方向静电喷涂水性聚酯- 三聚氰胺底漆，用毕克化学双扫描波检测含有亲水性添加剂的流平性能。
在低膜厚区域，与没有添加剂的对照面板相比，涂覆有改性底漆的面板上，红色水性OEM 底色漆，显示出更好的润湿和铺展性。
图4：相对于对照面板，经过支化聚醚- 改性聚丙烯酸酯添加剂改性的红色OEM底色漆，在右边的底漆涂层上显示出更好的润湿。
由于支化聚合物结构，可通过这项技术获得100% 固体的、可流动的表面添加剂。另外，对于粉末涂料的应用，以二氧化硅为载体的支化改性聚丙烯酸酯是可获得的，其被用在羟基烷基酰胺固化（HAA）聚酯粉末涂料中（参见图5）。再一次观察到支化改性聚丙烯酸酯有非常好的流平性能。此外，由于涂层的高表面能，改性粉末涂层显示出在潮湿条件下的“抗雾”效果。相较于标准的涂料，小水滴没有在面板的表面凝结，而是立即铺展扩散了。因此，改性粉末涂料面板（左侧图5）显示出清晰、无雾的外观。
图5：以二氧化硅为载体的支化改性聚丙烯酸酯，100% 固体添加剂的“抗雾”效果。
同样地，通过水性蓝色颜料的应用，再一次证明在HAA/聚酯粉末涂层上亲水性作用。与标准的对比，可以观察到改性的样板上出色的流平与润湿性（参见图6）。
图6：水性蓝色涂料，改性HAA/ 聚酯粉末涂层面板出色的流平和润湿性。
作为润湿和分散剂
支化、定制的聚合物结构的概念同样适用于润湿和分散剂。同时，结构性的聚合物的制造需要复杂的聚合技术和独特的构建模块。接下来将对传统线性润湿分散添加剂1，两代支化、球状共聚物添加剂2 和添加剂3 进行比较（图7）。同样地，在文本中添加剂结构2 和3 将被称为核/ 壳共聚物。
图7：作为润湿和分散剂，两代支化、球状共聚物和传统线性梳型共聚物进行比较。
市场上存在多种润湿和分散剂，它们都是为了特殊的应用和要求而设计的。在一般情况下，润湿和分散剂被设计成一个表现出一种或多种亲颜料基团（红色椭圆- 通常含有氨基- 图8）的聚合物，以及一种或多种连接到聚合物主链（图8 中的黑线）的树脂相容的聚合物链（图8 中的蓝线）。
图8：传统的润湿和分散剂与支化共聚物的物理性质的比较。
根据静电排斥和颜料原始粒子的空间稳定理论，假设与树脂相容的聚合物链符合基料中的共聚物的溶解性并帮助润湿颜料颗粒。通过静电力、氢键或非极性的范德华力的相互作用，共聚物的亲颜料基团会强烈地吸附在颜料表面上。必须仔细设计该共聚物的分子组成，以获得对颜料附聚体的快速润湿，强烈降低研磨粘度，以及对各种颜料浓缩浆中原始粒子的具有突出稳定性的润湿分散剂。
既然共聚物的分子结构对作为润湿和分散剂的性能具有巨大的影响，所以也会观察到共聚物的形状对物理性质存在强烈的影响效果。如图8 中所描绘的，相对于同样分子大小的一个传统的线性梳状共聚物，含亲颜料核的超支化侧链的、具有球状的共聚物可得到无溶剂的、可流动的供货形式。
图9：支化、球状共聚物具有在广泛而显著的相容性。
此外，该支化、球状的共聚物在高极性体系中，以及在中极性和非极性体系中，都表现出显著的溶解性和相容性，如图9所示。从无机颜料到有机颜料以及碳黑，该支化、球状结构的润湿和分散剂有广泛适用性。在通用的研磨树脂中，几种有机颜料和一种碳黑颜料的研磨在降低粘度方面的表现如图10所示。在研磨后储存24小时，以1/s的剪切速率，使用锥/ 板粘度计（25mm，1°在23℃）对粘度进行测量。相较于线性添加剂结构1，用选择的有机颜料，支化、球状聚合物结构的润湿和分散剂2和3产生更显著的降粘效果。
图10：润湿和分散剂聚合物结构在降低粘度方面的比较。
通常，含氨基官能团的聚合物在反应性树脂体系中的应用会遇到许多技术问题，如在环氧树脂中贮存稳定性较差，在聚氨酯体系中适用期较短，在UP 树脂中固化时间较长，或在酸- 催化的烘干系统中交联密度减少。然而，支化、球状的聚合物结构（诸如添加剂2 和添加剂3）可以成功地在反应性体系中应用。
图11：支化、球状添加剂3 被设计为在反应性体系中应用，并不对成膜物的适用期、贮存稳定性、固化时间和交联产生不利影响。
结构3 的添加剂，如图11 中所示，它含有支化氨基官能核心和与树脂相容的高度支化球形聚合物， 是专为反应性体系而定制的。添加剂1、2 和3 在反应体系统中的应用比较列在图12 中。
图12：混合氨基功能性添加剂的环氧组分的贮存稳定性。
在该实验中，环氧树脂中加3.5%( 对固体树脂计) 含氨基官功能的润湿分散剂的，我们对它的贮存稳定性进行了研究。在环氧树脂中添加结构1 的添加物，导致在数小时内流动时间的强劲增长，以及最终体系的胶化。因为结构1 暴露出的氨基官能团，催化了环氧树脂固化，如图12 中所示，在环氧体系中表现出低贮存稳定性。与此相反，结构2 的添加给予了环氧体系良好的贮存稳定性。然而，粘度的确在六周后开始增长。在整个12 周的贮存中，只有使用结构3的添加剂才能获得稳定的粘度。
图13：不同的添加剂结构对用颜料绿7 着色的聚氨酯涂料的透明度的影响。
支化、球状添加剂在反应性体系中的性能表现同样在其他例子中被评估。图13 显示，在双组分聚氨酯体系（左侧），三个添加剂结构对成膜物适用期的影响，以及在相同的体系中使用绿颜料7 时它们的性能（右侧）。相较于没有添加剂（深蓝色曲线）、并有脂肪族或芳族固化剂的体系中，成膜物的适用期在使用结构1 的添加剂后（浅蓝色曲线图）明显缩短，在使用结构2（紫色图表）后也至少有轻微的缩短。与不含添加剂的体系相比，结构3（黑色曲线）没有明显地缩短适用期。
这一显著的现象可以归因于在结构1 的添加剂中暴露的氨基官能团，它催化了聚氨酯的交联反应，从而缩短适用期。与此相反，由于位阻氨基在类型2添加剂中被实现，它们非常少地催化氨基甲酸酯形成。而在添加剂3 中，支化的相容链屏蔽了氨基核，对体系的适用期几乎没有负面的影响（图13）。
在图13 的右侧，为绿颜料7 的浓缩颜料浆着色的聚氨酯体系的透明性。展现蓝色/ 绿色的色调，结构2 和3 的添加剂产生出色的透明度，这是非常有效的颜料稳定性的另一个指标。在这种情况下，相比其他两种分散剂，具有更多黄色/ 绿色色调的结构1 给出的结果较差。双组分聚氨酯体系的结果也在双组分环氧和酸催化烘干体系中被证实，而且可以认为是支化、球状的共聚物的特性。
作为支化、球状的润湿分散剂与无机颜料的应用例子，添加剂3 应用在填充有作为阻燃剂的氢氧化铝（ATH）的反应性的环氧树脂上。相比起ATH37.5%wt 的初始量，添加剂3 的使用导致在恒定的树脂粘度下，将阻燃剂浓度增加40% 到52.5%wt（见图14）。该结果突出了支化、球状的润湿分散剂非常广泛的应用范围。这些核/ 壳共聚物对于大部分有机颜料和无机填料同样有效。而且，这些可流动的、无溶剂的添加剂显示出优异的性能，甚至在反应体系中不会产生副作用，如更短的适用期、胶化、延长固化反应或降低交联密度等。
图14：添加剂3 的使用允许在恒定的树脂粘度，增加40% 的阻燃剂浓度。
结论
新开发的支化聚合物结构需要精良的制造方法和特殊的原材料。然而，相比传统的线性共聚物，支化聚合物的结构提供了更大的优势。例如，已经介绍的聚醚- 改性的聚丙烯酸酯流平剂，表现出非常良好的相容性和出色的效率。此外，亲水性添加剂增加了固化涂层的表面能并因此提高了涂层的可润湿性和可再涂性。支化共聚物结构的概念已经被转化到润湿和分散的应用中。基于支化、球状的核/ 壳结构的创新分散剂提供了不同颜料类型的非常有效的稳定性，而不会引起与反应性基料的任何不希望的相互作用。在极性、中极性和非极性体系中，这些结构允许了无溶剂、可流动的润湿分散剂以卓越的性能以及非常广泛的相容性。
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