【行业论文】成膜助剂在乳胶漆中的应用及影响因素

    摘要：通过几种成膜助剂与乳液相容性的考察，讨论了其对乳液的粘度、冻融稳定性、贮存稳定性、最低成膜温度及涂料性能的影响。

    关键词：成膜助剂在乳胶漆中的应用 ；应用

    l前言

    建筑涂料在涂料工业中占有很重要的地位，目前，国内建筑涂料在涂料中的比重日渐增大。随着人们生活水平的口益提高．对建筑用乳胶漆的质量要求也越来越高，而涂料成膜的好坏直接影响涂层的性能。

    一般人们认为乳胶漆在较短的时间内就能完全成膜，而忽略了各个成膜阶段的温度控制，特别是外用乳胶漆在施工后的温度变化较大，使最终涂层的性能不理想，如光泽下降、附着力差、耐擦洗性差、耐沾污性不良、耐候性不理想等等。有效地添加成膜助剂，可较大幅度地降低成膜温度，是改善乳胶漆低温施工性能的有效措施。本文对几种成膜助剂在乳胶漆中的应用进行了一系列实验，对建筑用乳胶漆的配方设计具有一定的参考作用。

    2实验部分

    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，水分挥发，当乳胶微粒占膜层74％(体积)时，微粒相互靠近而达到密集的充填状态。组分中的乳化剂及其他水溶性助剂留在微粒间隙的水中。

    第二，融台过程。水分继续挥发，高聚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，至毛细管径大小时，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。这一过程是乳液能否成膜的关键，若乳液颗粒的玻璃化温度(Tg)较高(为了使涂膜具有良好的机械性能,耐候性和耐沾污性，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，这时往往需要用成膜助剂协助成膜。

    第三，扩散过程。残留在水中的助剂逐渐向涂膜扩散，并使高聚物分子长链相互扩散，形成具有良好性能的均匀涂膜。

    成膜助剂是一种可以挥发的暂时性增塑剂，能促进乳胶粒了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，可降低聚台物的最低成膜温度；在水巾溶解性小；具有-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，不影响涂膜性能；不影响乳液的稳定性。

    成膜助剂的种类很多，包括醇类(如笨甲醇)、酯醇类(如Texanol酯醇等)、醇醚类(如乙二醇丁醚、丙二醇苯醚等)、醇醚酯类(如己二醇丁醚醋酸酯等)等。常用的成膜助剂有Texanol酯醇、苯甲醇(BA)、乙二醇丁醚(EB)、丙二醇苯醚(PPH)。以下就这几种常用的成膜助剂进行比较试验。

    2．1主要仪器设备最低成膜温度仪(日本理学工业公司，IV605)

    2．2试验用的乳液本试验采用在国内具有代表性、使用广泛的纯丙、苯丙、醋丙、叔醋等乳液，如长兴、巴斯夫、联碳、国民淀粉、罗门哈斯、江苏口出集团、北京东方化工J一、北京通州互益化工厂、北京振翔贸易公百公司、山东青州宝达化工厂、北京科信工业贸易有限责任公可等的产品，因篇幅关系，本文仅提供部分试验数据。

    2．3成膜助剂在乳液及涂料中的性能试验相容性试验：乳液与成膜助剂Texanol酯醇、苯甲醇、乙二醇丁醚、丙二醇苯醚直接混合，搅拌均匀，观察乳液的性状。

    乳液粘度的测定：在相容性正常的乳液中加人成膜助剂后测定其牯度，观察粘度变化情况。

    乳液摄低成膜温度的测定：将可相容的乳液与几种成膜助剂混合，测定其最低成膜温度(MFT)。

    乳液冻融稳定性试验：将相容性正常的乳液加入相应量孔液最低成膜温度降至0℃的最你用量)的Texanol、BA、EB和PPH成膜助剂．于-10％的冰箱中放置16h取出后于标准条件(室温23±2℃，相对湿度50±5％)下放置8h，如此反复5个循环，观察乳液最终状态。

    乳液贮存稳定性试验：将相容性正常的乳液加入相应量(乳液最低成膜温度降低至0℃的最低用量)的Texanol酯醇、苯甲醇、EB、PPH成膜助剂，在标准条件(室温23±2℃，相对湿度50±5％)下放置3个月，定期观察乳液的状态，测定其粘度、pH值。

    2．4涂料的性能检测

    选用不同的成膜助剂(Texanol、EB、PPH和BA)，比较其对涂料性能的影响。PPH和BA不能直接加入，将其与醇类溶剂混合，在配漆过程中缓慢滴加，以防止造成絮凝；EB若在搅拌情况下缓慢加入，可不与醇类溶剂混合，但加入速度应缓慢。

    依据国家标准GB／T9755—95进行性能测试(耐老化性除外)，在耐擦洗性方面Texanol酯醇有比较突出的优势，很可能是因为其他成膜助剂与纯丙乳液的相容性不好，影响了乳液成膜，从而对涂料的性能造成影响。生产时应注意成膜助剂不能添加太快，以免产生絮凝而影响涂料的性能。

    3结果与讨论

    3．1成膜助剂与乳液的相容性

    成膜助剂与乳液的相容性试验结果：BA、EB、PPH在6512苯丙乳液中相容性好，PPH在除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。否则也容易造成絮凝。对于纯丙乳液，加人此三种成膜助剂都会产生絮凝，有时可以将这几种成膜助剂与醇类溶剂混合后加到乳液中，以免造成破乳。Trexanol酯醇与我们收集到的任何一种乳液的相容性都很好，且添加方式简易，不容易造成破乳，对乳液具有普遍性。

　　3．2对乳液粘度的影响加入成膜助剂后，乳液的粘度基本上都有所增大。这是因为成膜助剂会软化乳液粒子，乳液粒子溶胀而变大，只要加量适当，不会影响乳液的使用。但是，由于乳液粒子的溶胀，其表面上起保护作用的表面活性剂及保护胶体的浓度相应降低．甚至被大量成膜助剂取代，而使乳液不稳定。

　　3．3对乳液MFT的影响

　　成膜助剂对乳液MFT的影响：对于相容性好的乳液，要达到最低成膜温度O℃时的成膜助剂的用量，对于苯丙乳液，加入苯甲醇的用量比。Texanol酯醇小，这可能是因为相似相容原理，苯甲醇能在最大程度上软化苯丙乳液粒子，使之以较少的用量就将乳液的最低成膜温度降至0℃，但其毒性较大，对其他类型的乳液相容性也较差，必须与醇类溶剂配合使用。EB可溶于水，加到乳液中后，不易与乳液粒子接触，所以其用量相应要大些，但由于其挥发速度与水相当，甚至更快，所以对成膜不利。进而影响涂层的性能。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。因此，对于PPH可相容的乳液，与Texan0l酯醇效果差不多，但对十纯丙乳液或其他类型的乳液，Texanol酯醇在加入方式上比其他成膜助剂简易，且用量不大。

 　　3．4对乳液冻融稳定性的影响加入成膜助剂对乳液的冻融稳定性有一定影响。经过5次循环以后，乳液均凝聚，其原因是成膜助剂使乳液粒子溶胀，且使保护胶体浓度相应降低的缘故，所以若用成膜助剂与乳液配制成基料再使用，就要注意不能在低温下放置贮存。

    3．5对乳液贮存稳定性的影响

　　成膜助剂对乳液的贮存稳定性没有影响(仅针对相容性好的乳液)，随着时间的推延，有些乳液的pH值略微下降，这是中和乳液时所用的氨水挥发所致。

    乳胶漆成膜机理：

    乳胶漆涂料的成膜分为三个过程，乳胶颗粒紧密堆积，乳胶颗粒融结、聚合物链端相互扩散。

    乳胶漆涂布于基底上，涂料中挥发分（主要为水分）外蒸内吸，涂料固含量不断增加，颗粒相互接近最后达到最紧密的堆积。

    干燥继续进行，覆盖于乳胶颗粒表面的吸附层被破坏，裸露的聚合物颗粒表面直接接触，在聚结溶剂的溶涨溶解作用下，颗粒软化变形融结而成连续薄膜。

    乳胶颗粒融结同时和之后，聚合物表面的链端分子相互渗透、扩散，涂膜进一步均匀化。

    乳胶漆成膜与天气状况关系很大，高温、大风，低湿度，低温、过度潮湿等都将导致乳胶粒子成膜不良，影响涂膜性能。