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      成膜助劑在高Tg乳液木器漆中的應用

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      0 引 言
      隨著涂料技術的不斷發展,乳液技術的應用已不再僅限于墻面裝飾,而正在向更廣泛的應用領域延伸。在進入工業領域時,乳膠涂料所面對的要求也更嚴苛。在要求成膜性能良好的同時,還要求其具有優良的硬度和最快的硬度建立,因此要求高Tg聚合物乳液;然而,高Tg聚合物的應用也帶來如何保證聚合物能在常溫自干條件下良好成膜的問題。成膜助劑將發揮重要的作用。

      1 成膜機理和成膜助劑
      1. 1 成膜助劑作用
      常規乳液是熱塑性丙烯酸或丙烯酸改性聚合物。由于合成工藝和要求的不同,所合成的聚合物各具有不同的Tg。乳膠顆粒在干燥過程中要形成連續的膜就必須保證施工環境溫度高于Tg ,或暫時降低乳膠的Tg。添加烘道等設施可以提高環境溫度,但是加熱會帶來板材變形、能耗的風險,而且其作用也是有限的。而通過成膜助劑降低最低成膜溫度,即使在常溫亦可成膜,是最佳解決方案,也是目前涂料工業廣泛采用的一種輔助成膜手段。
      1. 2 成膜助劑種類
      成膜助劑是水分揮發后仍存在于漆膜中的慢揮發溶劑,對漆膜的初期性能有著直接的影響。目前成膜助劑較普遍采用醇醚類和醇酯類。醇酯類被廣泛應用于建筑涂料,其特點是強溶解力和成膜性能突出,缺點在于揮發慢。工業涂料產品有著較多初期硬度要求,如金屬和木器漆的生產線應用要考慮生產周期、打磨要求、碼跺和包裝運輸等相關早期抗粘連要求。這就決定了在漆膜中的長期駐留的醇酯類成膜助劑不適合在工業涂料中運用。醇醚類助劑在揮發速率方面有著更多選擇(部分見表1) ,因此在配方時可以提供更多可能性來平衡保證成膜性能和干燥速度;同時其與水和有機物相容性的差別,也便于通過成膜助劑的調整來幫助涂料水油系統平衡的調節。
      常用醇醚類成膜助劑主要技術參數
      2 成膜助劑的選擇
      2. 1 成膜助劑效率對比
      成膜助劑用量的測試在實驗中選擇乳液A, Tg = 58 ℃,最低成膜溫度53 ℃,金屬交聯聚合物,廠方推薦用于家具木器漆。本次實驗將成膜溫度控制在0~5 ℃,而不是針對一個特定的成膜溫度,成膜助劑用量的最終數據可能存在差異(見圖1) 。同時比較各個溶劑對漆膜硬度的影響(見圖2) 。
      醇醚類成膜助劑效率對比
      醇醚類成膜助劑對硬度建立的影響對比
      從圖1、2可以看出,醇醚類溶劑系列在成膜效率上存在較大差別。達到所要求的成膜溫度時,丙二醇苯醚用量最少,二丙二醇丁醚的效果與之接近,而乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚和丙二醇丁醚的用量都超過乳液固含量的35% ,效率偏低;但同時乙二醇丁醚卻是唯一能在2 d后就基本完成硬度建立的,二丙二醇丁醚則是唯一既有高成膜效率又有較快硬度建立的助劑;丙二醇苯醚的表現同醇酯接近,成膜好但揮發慢,硬度建立時間超過1個月,難以滿足工業應用對初期硬度的要求。但并不排除個別環境條件對成膜效果有特殊要求,適當加入丙二醇苯醚或12 - 醇酯還是必要的。隨著人們對乙二醇(醚類)溶劑對人體危害認識的逐漸深入,正開始用丙二醇類溶劑替代乙二醇(醚類) 。然而丁基溶纖劑———乙二醇丁醚是個例外,它完全水溶而且對水油兩相都具有強烈的親合力(見表1) ,這樣的特性尚無法找到適合的丙二醇醚類溶劑作替代品,目前仍有諸多原料廠商和生產廠商推薦使用。
      2. 2 依據初步測定用量的配方的性能檢測
      以上測試中乙二醇丁醚和二丙二醇丁醚的硬度建立都有不錯表現,本文選擇兩者以1∶1的比例作為進一步實驗的成膜助劑配合。為保證成膜,初步實驗總用量設定為測試中單一乙二醇丁醚的用量為38% ,即兩者各19%。進一步實驗的基本配方如表2所示。
      表2 進一步實驗的基本配方
      進一步實驗的基本配方
       經檢測,此配方的乳液最低成膜溫度在0 ℃以下,硬度建立(見圖3)已接近單一乙二醇丁醚的表現,只是在2 d后的硬度表現稍差,但也已基本接近0.7,鉛筆硬度已達HB。
      溶劑搭配后及單一溶劑對漆膜硬度的影響
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