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涨知识!成膜助剂的作用及成膜助剂对水性涂料性能的影响

      一、成膜助剂的作用及水性涂料的成膜机理。

      水性涂料的成膜物一般都具有较高的玻璃化转化温度Tg,但受施工条件的限制又要求涂料有较低的成膜温度,成膜助剂的加入降低了聚合物的玻璃化转化温度Tg,使聚合物能在常温成膜,并在成膜之后缓慢扩散至表面并挥发。所以成膜助剂是水性涂料中VOCs的重要来源。目前市场上常见的成膜助剂有丙二醇丁醚(DPnB)、乙二醇丁醚(EB)、二乙二醇丁醚(DEB)、二丙二醇甲醚(DPM)等。


       如左图所示,乳液型水性涂料的成膜过程分为四个阶段:1、浓缩阶段。该阶段乳液被涂布到基材开始形成湿膜,主要以布朗运动为主,可完成消泡、流平(流平剂)、填料定向排列;2、排列阶段。随着水分挥发,粒子相互靠近达到密集填充状态,此时乳胶粒子相互接触,但乳胶粒子空隙中还有一定水分存在,体系黏度变大,漆膜流动性较差,此时表面仍存在的气泡和刷痕难以消除;3、扩散交联阶段。乳胶粒子间的水分挥发,粒子边界逐渐模糊,聚合物分子链逐渐相互扩散形成均一的膜;4、最终挥发阶段。内部的微量水分与助剂缓慢挥发。

       成膜助剂在成膜过程的第Ⅱ、Ⅲ阶段发挥助成膜作用,降低了聚合物的玻璃化温度Tg,软化乳液粒子使其成为均一的漆膜。成膜初期,成膜助剂的用量及性能是成膜的主要影响因素。在干燥阶段成膜助剂的挥发性在漆膜干燥后期非常关键,若挥发太快,润湿性能差,漆膜会泛白;挥发的过慢,抗粘连和打磨性能下降。成膜助剂在IV 阶段的最终挥发造成VOC 的排放。因此寻求高沸点成膜助剂,减少成膜助剂的用量,增强成膜助剂的性能,可减少VOC 排放,满足现行环保要求和工业需要。

       二、谈谈成膜助剂对涂料性能的影响。 

       1、成膜助剂对乳液最低成膜温度(MFFT)的影响。从理论上分析,乳胶漆的成膜温度是指乳胶形成不开裂、连续涂膜的温度。成膜助剂的作用类似于增塑剂,加入成膜助剂后能降低乳液的MFFT,降低的幅度随成膜助剂用量的增大而增大。但是,成膜助剂的用量达到一定程度后MFFT几乎不再降低。MFFT下降的幅度还与成膜助剂的种类和乳液类型有关,对一种乳液有显著降低MFFT作用的成膜助剂可能对另一种乳液作用很小,甚至完全不起作用。总结来看如下。

       (1)、MFFT降低的幅度随成膜助剂用量的增加而增大,但是MFFT降至一定程度后,多加成膜助剂的效能不再提高。所以配方中应选取合适效果的成膜助剂并使用小添加量;

       (2)、由于水性体系的特殊性,往往成膜温度只能降到0℃左右,此后加大成膜助剂用量成膜温度也不再有明显的下降;

       (3)、对同一种基料,不同的成膜助剂降低MFFT的效果差别很大,有的十分明显,有的几乎不能降低成膜温度;不同类型的基料,同一种成膜助剂效果也完全不一样,在一种乳液体系中添加少量就有显著效果的成膜助剂在另一种乳液体系中可能作用不明显,甚至完全无效。

       (4)、成膜助剂对降低MFFT的效率与其种类有极大的关系,获取相同用量下具有成膜温度和涂膜效果的成膜助剂是配方筛选的重要工作。除降低成膜温度和提高漆膜致密度外,成膜助剂还能改善施工性能,增加漆的流平性,延长开放时间,提高漆的贮存稳定性,特别是低温防冻性。

       2、成膜助剂对涂膜抗湿磨性的影响。一定量的成膜助剂可提高乳胶粒子凝聚程度、乳胶涂膜的机械性能以及致密度,从而提高涂膜的耐洗刷性能。

       3、试验证明,成膜助剂有助于水性涂料的低温展色性。

       4、成膜助剂挥发性的快慢影响成膜的硬度和韧性。

       5、成膜助剂对湿膜的开放时间有重要影响,湿膜开放时间的长短会直接影响涂膜干燥后的表观形态。

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