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成膜助劑的幾點使用經驗

編輯:2019年马会全年资料時間:2019-05-07

(一)塗料成膜助劑與低成膜溫度(MFFT)的關系


乳膠的低成膜溫度是指乳膠形成不開裂、連續塗膜的低溫度,直至達到低成膜溫度0℃時成膜助劑的用量越少越好。在水性助劑中成膜助劑的作用類似于增塑劑,加入成膜助劑後能降低乳液的MFFT,降低的幅度随成膜助劑用量的增大而增大。但是,成膜助劑的用量達到一定程度後MFFT幾乎不再降低。MFFT下降的幅度還與成膜助劑的種類和乳液類型有關,對一種乳液有顯著降低MFFT作用的成膜助劑可能對另一種乳液作用很小,甚至完全不起作用。由此我們認為:


①MFFT降低的幅度随成膜助劑用量的增加而增大,但是MFFT降至一定程度後再多加成膜助劑無濟于事,所以應選取效果好的成膜助劑并且使用小用量;


②由于水性體系的特殊性,往往成膜溫度低隻能降到0℃左右,此後加大成膜助劑用量成膜溫度也不再有明顯的下降;


③對同一種基料,不同的成膜助劑降低MFFT的效果截然不同,有的十分明顯,有的幾乎不能降低低成膜溫度;


④不同類型的基料,同一種成膜助劑效果也完全不一樣,在一種乳液體系中添加少量就有顯著效果的成膜助劑在另一種乳液體系中可能作用不明顯,甚至完全無效。因此,針對特定的水性塗料體系篩選佳成膜助劑的品種和用量是非常必要的。


成膜助劑對降低MFFT的效率與其種類有極大的關系,獲取相同用量下具有低成膜溫度和佳塗膜效果的成膜助劑是配方工作者的重要工作。


除降低低成膜溫度和提高漆膜緻密度外,成膜助劑還能改善施工性能,增加漆的流平性,延長開放時間,提高漆的貯存穩定性,特别是低溫防凍性。


(二)成膜助劑與塗膜硬度的關系


成膜助劑多為分子量較大的高沸點有機化合物,遷移速度慢,揮發速率低,延長了達到終硬度的時間。在傳統塗料中鄰苯二甲酸酯類的增塑劑不能揮發,而是随時間的推移緩慢遷移至漆的表面,帶來的問題是塗膜長時間表現出抗粘連性差和耐劃傷性差,并且容易沾塵。因此,水性塗料配方中盡可能不用增塑劑。醇酯類成膜助劑一般比醇醚類成膜助劑揮發慢,所以用醇酯做成膜助劑的塗膜硬度的展現也慢。水性塗料成膜後成膜助劑對塗膜硬度展現的影響主要取決于2個因素:成膜助劑在塗膜中的遷移速度和在空氣中的揮發速率。我們比較了同一種漆中分别添加鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)和三種成膜助劑,醇酯-12(Texano1)、二丙二醇正丁醚(DPnB)和三丙二醇正丁醚(TPnB )後塗膜硬度随時間的變化,加有DBP的塗膜46d後塗膜硬度幾乎沒有增長,硬度始終很低有Texanol的46d後硬度低于加醇醚的;分别含有2種醇醚的塗膜硬度增長相對較快,其中DPnB 的硬度展現快。


(三)成膜助劑與有機揮發物含量 VOC


有機揮發物含量 (VOC )是塗料界為關心的問題之一。 各國對VOC的定義各不相同,因而,同一塗料按不同地區的法規判定的VOC會有差别。


例如:沸點在250℃或更高的成膜助劑按美國環保局(EPA)的法規可能屬于VOC之列,但是按中國和澳大利亞的法規顯然不能視為VOC;又譬如:聚氨酯分散體合成時常用的溶劑丙酮按美國的法律屬于豁免化合物,不算VOC,而按中國和歐盟的法規則認為是VOC。


助溶劑或成膜助劑在水性樹脂合成時常常用來降低水化前的樹脂黏度,施工時起到改進水性塗料的流變性能以及改善開放時間的作用,成膜過程中能促進高質量塗膜的形成,在水性塗料中起着相當重要的作用,特别對高玻璃化溫度和低成膜溫度高的樹脂體系,其用量相當大,可占到樹脂固含量的10%-100%,有時甚至更高。絕大多數常用成膜助劑的沸點在250℃以下,屬于VOC必須考慮之列。但是,三乙二醇單乙醚 (256℃)、三乙二醇單丁醚 (283℃)、三丙二醇單丁醚TPnB(276℃)按中國的标準已排除在VOC範圍之外,作為成膜助劑應給予特别的關注,尤其是三丙二醇單丁醚,其揮發速度較前二者快,也比醇酯-12快,可以說既有良好的成膜效果,塗膜硬度展現也快,還不在VOC限制範圍之内,采用這種成膜助劑有一舉多得之優點。


現今合成技術的進展已經能在水性樹脂合成時做到完全不用助溶劑降黏,得到不含任何VOC溶劑的乳液和分散體。然而,在塗料配制過程中往往不得不添加成膜助劑,特别是對于高玻璃化溫度的樹脂,不用成膜助劑低溫不能成膜。這時選用不在VOC範圍之内的成膜助劑有可能制成“零”VOC的水性塗料。


美國環保局(EPA)列出了50個(類)有機化合物,認為其光化學反應可忽略不計,屬于VOC豁免化合物。有些化合物還在申請豁免權,有的已經批準,如醋酸特丁酯(t-BuoAc)現已從VOC中排除。特别要指出的是可作為水性塗料成膜助劑的乙二醇避免了對環境的污染。


(四)成膜助劑的親水和親油值HLB


在設計塗料配方時,很重要的一點是考慮到成膜助劑的活性及其在乳液中的分層現象。溶解度參數影響成膜助劑的活性,因為水性乳液是兩相體系,主要是水相和聚合物相,成膜助劑在這兩相的濃度主要取決于聚合物和溶劑的親水和親油的平衡。成膜助劑在兩相的分配方式是成膜助劑活性的主要因素,親油性的成膜助劑主要分數在親油性的聚合物中,隻有少量存在于水中;親水性的成膜助劑主要分數在水相中,隻有少量存在于聚合物中。成膜助劑緊密地參與到成膜過程中,因此其對漆膜的光澤、耐擦洗性、腐蝕性、耐水性、及幹燥時間都有影響。


成膜助劑是水性木器塗料助劑中為重要的成分之一,直接影響水性木器塗料幹燥速 度、初期的耐水性、低溫施工成膜性以及貯存穩定性等因素,成膜助劑直接決定着聚合物乳膠粒子聚結成完整連續塗膜的程度,進而影響塗膜的長期防腐蝕效果。成膜助劑與水性樹脂的搭配是水性木器塗料配方成型的基石。好的成膜助劑是必須具有環境安全、添加量少、幹燥快速以及有效地降低水性樹脂的低成膜溫度(MFFT)的特性。實際使用時,常常通過兩種或兩種以上的成膜助劑來搭配,也可根據成膜助劑在水相中的分配系數和聚合物中的分配系數的不同比例來達到體系的低溫成膜性和穩定性的平衡,所以成膜助劑的類型和用量必須要根據體系中水性樹脂的類型、低成膜溫度,與體系各成分的相容性以及施工的寬容性來确定,配方設計時要充分考慮到這一點,并且通過試驗選取佳成膜助劑及其用量。成膜助劑與乳液的相容試驗結果表明: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在純丙乳液外的其他乳液中相容性好,但這幾種成膜助劑都要緩慢滴加,否則容易造成絮凝。對于純丙乳液,加入上述三種成膜助劑都會産生絮凝,易造成破乳。十二碳醇酯在任何一種乳液中的相容性都很好,且添加方式簡單,不易造成破乳,對乳液具有普遍性。