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用作乳胶漆成膜助剂的选择

来源:上海市涂料研究所 作者:王征粹 时间:2017-02-27 点击:
导读:用作乳胶漆成膜助剂的选择
由于对来自涂料的挥发有机物受规章限制的增多,由此产生日益增长发展的水基系统。很多研究和开发乳液做成的水基涂料,用于家俱、厨房设施、塑料、保养和其它工业应用。所有这些,都使用成膜助剂促进膜的形成。在施工温度下,它们降低聚合物的刚性模数,给予粘性流动和熔化乳液粒子。
在某种意义上讲,成膜助剂是暂时的增塑剂, 它可软化乳液粒子形成膜,然后从膜中蒸发。已经用于这个目的的一些材料列入表1。
用作成膜助剂的产品
在选择适当的成膜助剂时,制定配方必须考虑几个因素。其中一个因素是挥发速率。凝集乳液成膜的材料能在一个很大的挥发速率范围内得到,从挥发很快的醇醚到挥发很慢的溶剂,例如Texanol酯醇(2,2,4-三甲基一1,3戊二酵单异丁酯)和二甘醇丁醚醋酸酯,及其它列在表2。
成胰助剂的挥发速率
为特殊应用挑选一个成膜助剂,也应考虑乳胶漆水的挥发速率。
在低的湿度水平,按醋酸乙酯值为1,水的挥发速率是0.3。不过,水的有效挥发速率随着湿度而变化,在65%相对湿度,水的挥发速率约0.06。当湿度增加,水的有效挥发速率继续降低,直到100% 相对湿度时接近零。
成膜助剂的挥发速率需要比系统内水的挥发较慢些。并对空气的相对湿度没有影响。当乳胶漆控制在低湿度条件下施工时,要应用挥发快的成膜助剂(表3) 。
挥发快的成膜助剂
在这些系统中, 乙二醇丁醚(EB)用作成膜助剂最广泛。其它也用, 包括乙二醇丙醚(EP)、丙二醇丙醚(PP)和丙二醇丁醚(PB)。
EB宜作为工业涂料的成膜助剂有几个理由。
在一个典型的工业应用上,EB和其它挥发快的成膜助剂作比较试验。EB对乳液粒子有较大的膨胀效能,表示在粘度较快增加,见表4。PB有一些膨胀效能, 丙醚类表现出极小的膨胀效能.乙基各甲基醚类降低了乳液的粘度。
醇醚对乳液粘度的影响
EB也表现出稍多地降低乳液的最低成膜温度(MFT) (表5)。在这个试验里,乳液达到50ºF的MFT需要较少的EB。
最低成膜温度为50F所需的成膜助剂水平
在二种乳液膜,EB给予的硬化速率比PB快(表6)。在湿度高于65 %时施工 ,EB 不能很好成膜, 在这些高的湿度时, 水挥发比EB慢。形成好的膜所需的足够浓度。在这条件下,EB比水先挥发,所以不存在形成好的膜所需的足够浓度。
膜硬魔与时间比较 12PHR成膜助剂 干燥时间
当这个发生时,必须使用一个挥发较慢的成膜助剂。在有些施工时, 使用挥发快和慢的成膜助剂的混合物, 由此得到好的成膜能力和快的膜硬化速率。
在选择一个成膜助剂时,要考虑的另一个因素是它的活性,它是受溶解参数和在该乳液系统里分配倾向的影响。
在不同种类的材料里,可用来作为成膜助剂(表7)有一个很宽的溶解参数范围(这里使用的数值指Hansen总溶解参数) 。
成膜助剂的溶剂参数值
根据不同类溶剂的成膜活性,对大多数乳液聚合物最佳的Hansen溶解参数看来似乎是8.5~11.5。脂肪族烃类溶剂(范围7~ 8)作为成膜助剂无作用。芳香族烃类和单酯类溶剂在8~9的范围,在乳液系统是有一些成膜活性。醇醚类、醇醚酯类、双酯类和酯醇的溶解参数9—11,对乳液成膜都有作用。低分子量的二元醇类的溶解参数在12—14, 无成膜助剂作用。
决定成膜助剂的活性在乳液分配的方式, 可能是最重要的因素。乳液系统由聚合物和水二部份组成。当成膜助剂加入到一个乳液系统,它就分配在这二个相,成膜助剂在每个相的浓度决定于聚合物和该成膜肋剂二者的亲油和亲水平衡。很憎水性的材料强烈地分配到聚合物相,很少量存在于水相; 很亲水性的材料强烈地分配到水相。
表8表示成膜助剂的分配是基于对三种乳液进行试验得到的数据。
成膜助剂的分配和效能
Toxanol醇酯憎水性强,在三种乳液中,很强烈地分配接聚合物相。选种移向聚合物相的倾向是该酯醇作为一种有效成膜助剂的基本理由之一。二甘醇丁醚(DB)是很亲水性的,在聚合物和水相之间分配差不多。DB的溶解参数表示出它应是一个高效的成膜助剂,可是该材料高的百分数分配在乳液系统的水相, 降低了它的效能。
在选择成膜助剂,考虑该材料的稳定性是重要的(表9)。能得到的成膜助剂有宽范围官能团,并对大多数在乳被系统是不稳定的。但是.在PH高的系统,成膜助剂的酯基会水解,除非用分子中结构来保护。
成膜助剂上存在的官能团
表10表示三种不同的成膜助剂在乳胶乳液老化试验的结果。乳液中含有广泛便甩的,由结构保护的酯链的酯醇, 显示出老化中PH无显著变化。乳液含没有保护酯类的DBE和DB醋酸酯,在老化试验时PH显示出一个较大变化。
在高PH乳液里成膜助剂的稳定性
对PH低的乳胶漆,DB醋酸酯广泛用作成膜助剂,但不建议用于PH高的乳胶漆,是由于酯基的稳定性很差。
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