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成膜助剂

成膜助剂简述

目前,建筑涂料在涂料工业中占有很重要的地位。随着我国建筑及装饰业的迅猛发展,人们对生活质量要求的不断提高和环保意识的不断增强,涂料行业对VOC(沸点低于250℃的挥发性有机化合物含量)的控制进一步严格。作为装饰材料之一的水性乳胶涂料已成为建筑内墙装饰的主体材料,同时建筑外墙装饰应用率也达35%。而在乳胶漆中使用的许多乳胶聚合物在常温下无法形成薄膜,在低温下绝大多数乳胶聚合物都不会形成薄膜。涂料中聚合物成膜温度必须在最低成膜温度以上才能固化成膜。而最低成膜温度往往高于室温导致不能成膜。为使乳胶漆形成完整的涂抹,所以必须添加能起聚结作用的成膜助剂。

 

成膜助剂通常是溶解性很强且挥发性非常缓慢的溶剂。成膜助剂又称凝聚剂、聚结剂,它能使聚合物粒子溶胀、受压变形,从而降低乳液及乳胶漆的最低成膜温度。成膜助剂常常为高沸点的溶剂,具有一定的挥发性,在涂膜形成后慢慢挥发。如醇酯(十二碳醇酯)类、乙二醇醚类和乙二醇酯类。它们能够软化乳胶聚合物颗粒,使这些颗粒聚结融合再一起,更好地形成薄膜。成膜助剂除降低乳胶漆最低成膜温度(MFFT)外,还可以改善乳胶漆的耐气候性、可擦洗性、涂层的展色性等漆膜性能。十二碳醇酯是一种极好的乳胶漆成膜助剂,它可以有效地用于聚乙酸乙烯均聚物、共聚物和三聚物中,以及纯丙烯酸、苯乙烯/丙烯酸、聚丁苯乙炳和乙烯基乙酸乙烯等乳胶中。

成膜助剂分类

成膜助剂是一种可以挥发的暂时性增塑剂,能促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形,改善其聚结性,可在广泛的施工温度范围内成膜。理想的成膜助剂应具有下列特性:作为聚合物乳液的良溶剂,可降低乳液聚合物的最低成膜温度;在水中溶解度小;具有一定的挥发性,成膜过程中能滞留在涂膜中发挥作用,成膜后全部挥发,不影响漆膜性能;不影响乳液的稳定性。

 

成膜助剂的种类很多

 

1、醇类(如苯甲醇)

 

2、醇酯类(如十二碳醇酯)

 

3、醇醚类(乙二醇丁醚、丙二醇苯醚等)

 

4、醇醚酯类(如己二醇丁醚醋酸酯等)等。

 

常用的成膜助剂有十二碳醇酯(即Texanol酯醇或醇酯—12)、苯甲醇(BA)、乙二醇丁醚(EB)、丙二醇苯醚(PPH)。

成膜助剂的助成膜机理

与溶剂型涂料不同,乳胶漆的成膜机理一般分为以下过程:

 

第一,充填过程。乳胶漆施工后,随着水份逐渐挥发,原先以静电斥力和空间位阻稳定作用而保持分散状态的聚合物颗粒和颜料、填料颗粒逐渐靠拢,但仍可以自由运动。在该阶段,水份的挥发与单纯水的挥发相似,为恒速挥发。

 

第二,融合过程。随着水份的进一步挥发,聚合物微粒表面吸附的保护层破坏,裸露的微粒相互接触,其间隙愈来愈小,至毛细管经大小时,由于毛细管作用,其毛细管压力高于聚合物微粒的抗变形力,微粒变形,最后凝集、融合成连续的涂膜。这一过程是乳胶漆能否成膜的关键,若乳液聚合物的玻璃化温度(Tg)较高(为了使涂膜具有良好的机械性能,耐候性和沾污性,Tg值一般不能太低),在较低环境温度下,就很难变形,从而会使融合过程受阻,导致不能成膜,这时需要用成膜助剂协助成膜。成膜助剂可以使乳胶粒子溶胀变软,因此,很容易使他们融合在一起形成连续的膜。

 

第三,扩散过程。残留在水中的助剂逐渐向涂膜扩散,并使聚合物长链相互扩散、渗透、缠绕形成具有良好性能的均匀涂膜。随着成膜助剂从漆膜中逐渐挥发,最终达到理想的漆膜性能。

成膜助剂性能比较及使用

在设计涂料配方时,很重要的一点是考虑到成膜助剂的活性及其在乳液中的分层现象。溶解度参数影响成膜助剂的活性,因为水性乳液是两相体系,主要是水相和聚合物相,成膜助剂在这两相的浓度主要取决于聚合物和溶剂的亲水和亲油的平衡。成膜助剂在两相的分配方式是成膜助剂活性的主要因素,亲油性的成膜助剂主要分数在亲油性的聚合物中,只有少量存在于水中;亲水性的成膜助剂主要分数在水相中,只有少量存在于聚合物中。成膜助剂紧密地参与到成膜过程中,因此其对漆膜的光泽、耐擦洗性、腐蚀性、耐水性、及干燥时间都有影响。

 

1、成膜助剂与乳液的相容性

 

成膜助剂与乳液的相容试验结果表明:苯甲醇(BA)、乙二醇丁醚(EB)、丙二醇苯醚(PPH)在苯丙乳液中相容性好,PPH在纯丙乳液外的其他乳液中相容性好,但这几种成膜助剂都要缓慢滴加,否则容易造成絮凝。对于纯丙乳液,加入上述三种成膜助剂都会产生絮凝,易造成破乳。十二碳醇酯在任何一种乳液中的相容性都很好,且添加方式简单,不易造成破乳,对乳液具有普遍性。

 

2、对乳液最低成膜温度的影响

 

乳胶的最低成膜温度是指乳胶形成不开裂、连续涂膜的最低温度。要达到最低成膜温度0℃时成膜助剂的用量越少越好。对于苯丙乳液,加入苯甲醇的量要比其它成膜助剂少,这可能是因为相似相容原理,苯甲醇能最大程度上软化苯丙乳液粒子,使之以较少的用量就使乳液的最低成膜温度降至0.但是苯甲醇的毒性较大,对其它类型的乳液相容性也较差,必须与醇类溶剂配合使用。乙二醇丁醚可溶于水,加到乳液中后不易与乳胶粒子接触,所以其用量相应要多些,由于其挥发速度与水相当,甚至更快,所以对成膜不利,进而影响涂膜性能。PPH对苯丙乳液的效果好些,但由于其在水中的溶解度略大,不易与乳液粒子接触,效果不理想。因此,对于PPH相容的乳液,与十二碳醇酯效果差不多,但对于纯丙乳液或其它类型的乳液,十二碳醇酯在加入方式上比其它成膜助剂方便简易,而且用量少。

 

3、十二碳醇酯用于乳胶漆中的特性

 

十二碳醇酯是乳胶类聚合物的强溶剂,并且水解稳定性非常好,因而其适用范围广(可用于包括高PH值的纯丙、苯丙、醋丙、硅丙、及聚醋酸乙烯等多种乳液当中)、聚结性能高,是一种非常理想的成膜助剂。

 

十二碳醇酯

 

十二碳醇酯具有突出的溶剂作用,即具有极强的聚结能力。在较少的用量情况下,能免十分有效地降低乳胶漆的最低成膜温度(MFFT),扩大使用高玻璃化温度(Tg值)类聚合物的乳胶漆在不同环境温度下的使用范围。

 

促进乳胶漆成膜

 

十二碳醇酯与其他成膜助剂相比,水溶性小,易于被乳胶粒子吸附,可直接接触于胶粒,更易于对胶粒的溶胀;其挥发速率低,成膜前保留在乳胶漆涂层中,溶剂作用不会受水的挥发影响,成膜的连续性更好;而其又具有适宜的挥发度,在乳胶漆成膜后短的时间内完全挥发掉,不会影响乳胶漆配方所设计的硬度及光泽。


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