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水性涂料体系配方中成膜助剂的应用介绍
来源: | 作者:shkaimu | 发布时间: 1648天前 | 4581 次浏览 | 分享到:
成膜助剂是添加到涂料中帮助聚合物成膜的高沸点溶剂。它促进乳胶颗粒的塑性流动和弹性流动,改善其聚结性能,能在广泛的施工温度环境内成膜。成膜助剂会在涂膜形成后慢慢挥发掉,因而不会影响最终成膜硬度。

1.1.1概述

由于国家对环保节能和可持续发展日益重视,不断推出了相关环保政策并且加大地方环境污染整治力度,各种因素的影响造成溶剂型涂料产量会逐渐缩小,进而水性涂料体系产品种类和产量会愈来愈多。溶剂型涂料以树脂溶液为基料,为均相体系,根据树脂种类极性等选择匹配的溶剂,施工后,随着溶剂挥发,就可以形成连续的涂膜。而作为以水为介质的非均相聚合物来说,要依靠水挥发后聚合物粒子变形后融合成膜。聚合物粒子越软(TG越低),融合就越好,膜就越致密。但为了满足涂膜性能要求,如一定的柔韧性、硬度、耐沾污性等,聚合物的玻璃化温度设计要求要高,最低成膜温度一般会高于室温。因此为了调节涂膜物理性能和成膜性能之间的平衡,需要添加使聚合物颗粒软化的成膜助剂。

成膜助剂是添加到涂料中帮助聚合物成膜的高沸点溶剂。它促进乳胶颗粒的塑性流动和弹性流动,改善其聚结性能,能在广泛的施工温度环境内成膜。成膜助剂会在涂膜形成后慢慢挥发掉,因而不会影响最终成膜硬度。

1.1.2 成膜助剂的作用原理

水性涂料的成膜大概分成三个阶段:充填过程、融合过程、扩散过程。

(1)充填过程  施工后,水分挥发,整体体积缩小,当乳胶颗粒体积占膜层的74%时,微粒相互靠近而达到密集的充填状态。为了达到颗粒间的直接接触,必须先克服颗粒之间的静电排斥力,这种颗粒之间的静电排斥力是原先维持分散液的稳定的力。

(2)融合过程  水分继续挥发,乳胶颗粒表面吸附的保护层破坏,裸露的颗粒相互接触,其间隙越来越小,至毛细管直径大小时,由于毛细管作用,其毛细管压力高于胶粒的抗变形力,胶粒变形,最后聚集,融合成连续的涂膜。

(3)扩散过程  残留在水相中的助剂逐渐向涂膜扩散,并使大分子链相互扩散,胶膜均匀化而呈现良好的膜性能。

乳胶中的高聚物通常具有热塑性,因为成膜需要能量,只有在一定温度下才能融合成膜, 能形成连续而理想涂膜的最低温度称为该乳液的最低成膜温度(M F T ) 。分散液颗粒只有在聚合物的玻璃化温度之上,确切地说在最低成膜温度之上,才能形成连续的涂膜。若施工温度小于最低成膜温度,则水分挥发后不能融合成连续的涂膜,而呈粉状或开裂状,这概念在涂料中尤其重要。因为成膜是逐步聚集的过程,每个过程都需要温度,因此,忽略了成膜会造成涂膜不理想,表现在涂膜性能上即光泽下降,附着力差,耐擦洗性差,耐沾污性差, 耐候性差等。严格地说,涂料对施工温度有严格的要求,干燥达到完全固化的时间较长,实际上经1 5天左右才能形成连续均匀的膜。如果在施工或干燥期间,环境温度小于M F T ,则不能形成连续而理想的涂膜。所以,为了在较低温度下(从两方面考虑,是施工条件,二是节约能量) 获得良好的成膜效果,要么降低成膜温度,或者加入成膜助剂(可挥发外增塑剂) ,使得聚合物成型温度( Tp )大于最低成膜(M F T )

因此,在体系中加入成膜助剂(又叫临时增塑剂),它可以使聚合物颗粒软化,成膜后又会从涂膜中挥发,这样,就可以使用Tg>Tp的聚合物在室温下成膜,并得到硬的涂膜。

1.1.3 常用的成膜助剂

1.1.3.1  成膜助剂的种类

成膜助剂大都为微溶于水的有机溶剂,有醇类、醇醚及酯类等。比如乙二醇醚及醋酸酯,这些溶剂都有一定的毒性,正逐渐被低毒性的丙二醇醚类及醋酸酯取代。

由于成膜助剂为强溶剂,因此其可能影响水性体系的稳定性,容易使乳胶破乳,应该注意成膜助剂的加入方式。成膜助剂的加入方法有3种:直接加入、预混合加入及预乳化加入。

(1)直接加入  成膜助剂具有低的水溶性,容易被涂料组分中的分散剂、表面活性剂等所乳化。对于比较稳定的乳液,可以在加乳液前直接加入,最好在颜料研磨时添加,使成膜助剂较好地乳化分散。

(2)预混合加入  有些产品中加入成膜助剂,将使其破乳而不稳定,可以通过它与表面活性剂及丙二醇预先混合后加入。

(3)预乳化加入  在无颜料的水性清漆或低颜料含量的水性涂料中,分散剂及表面活性剂的用量少,成膜助剂加入前最好进行预乳化,否则可能导致乳液破乳。

1.1.3.2  常见涂料种类所用成膜助剂简介

1)建筑涂料/预制线涂料——例如内墙涂料、外墙涂料 Texanol/IBTPNB DPMDPNBTPNB(Dalpad C)PG。 

2)水性木器漆——例如地板漆、家具漆  DPMDPNBTPNB(Dalpad C)PNBPPHEPHDB、PG、DE。 

3)水性金属漆——例如钢结构防腐漆、汽车漆、集装箱涂料、电泳漆、工程机械漆、五金零配件漆  BCS、PM、Texanol/IBTDPMDPNBDB、 HCS PRCSPPH、PG。 

4)水性塑胶漆——3C涂料、玩具漆、化妆品包装涂料  DPMDPNBTPNB(Dalpad C)。 

5)特定种类如双组分聚氨酯体系固化剂所用稀释溶剂 PMADPMAPGDA,要求不含羟基,含水率低。
  (6)水性油墨和墨水 PG、DB、DPM、PM、PNB、EPH、PPH。
 

 以上提到的溶剂具体产品物理参数和简介可查阅公司产品目录。

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