0 引 言
随着涂料技术的不断发展,乳液技术的应用已不再仅限于墙面装饰,而正在向更广泛的应用领域延伸。在进入工业领域时,乳胶涂料所面对的要求也更严苛。在要求成膜性能良好的同时,还要求其具有优良的硬度和快的硬度建立,因此要求高Tg聚合物乳液;然而,高Tg聚合物的应用也带来如何保证聚合物能在常温自干条件下良好成膜的问题。成膜助剂将发挥重要的作用。
1 成膜机理和成膜助剂
1. 1 成膜助剂作用
常规乳液是热塑性丙烯酸或丙烯酸改性聚合物。由于合成工艺和要求的不同,所合成的聚合物各具有不同的Tg。乳胶颗粒在干燥过程中要形成连续的膜就必须保证施工环境温度高于Tg ,或暂时降低乳胶的Tg。添加烘道等设施可以提高环境温度,但是加热会带来板材变形、能耗的风险,而且其作用也是有限的。而通过成膜助剂降低低成膜温度,即使在常温亦可成膜,是佳解决方案,也是目前涂料工业广泛采用的一种辅助成膜手段。
1. 2 成膜助剂种类
成膜助剂是水分挥发后仍存在于漆膜中的慢挥发溶剂,对漆膜的初期性能有着直接的影响。目前成膜助剂较普遍采用醇醚类和醇酯类。醇酯类被广泛应用于建筑涂料,其特点是强溶解力和成膜性能突出,缺点在于挥发慢。工业涂料产品有着较多初期硬度要求,如金属和木器漆的生产线应用要考虑生产周期、打磨要求、码跺和包装运输等相关早期抗粘连要求。这就决定了在漆膜中的长期驻留的醇酯类成膜助剂不适合在工业涂料中运用。醇醚类助剂在挥发速率方面有着更多选择(部分见表1) ,因此在配方时可以提供更多可能性来平衡保证成膜性能和干燥速度;同时其与水和有机物相容性的差别,也便于通过成膜助剂的调整来帮助涂料水油系统平衡的调节。
2 成膜助剂的选择
2. 1 成膜助剂效率对比
成膜助剂用量的测试在实验中选择乳液A, Tg = 58 ℃,低成膜温度53 ℃,金属交联聚合物,厂方推荐用于家具木器漆。本次实验将成膜温度控制在0～5 ℃,而不是针对一个特定的成膜温度,成膜助剂用量的终数据可能存在差异(见图1) 。同时比较各个溶剂对漆膜硬度的影响(见图2) 。
从图1、2可以看出,醇醚类溶剂系列在成膜效率上存在较大差别。达到所要求的成膜温度时,丙二醇苯醚用量少,二丙二醇丁醚的效果与之接近,而乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚和丙二醇丁醚的用量都超过乳液固含量的35% ,效率偏低;但同时乙二醇丁醚却是能在2 d后就基本完成硬度建立的,二丙二醇丁醚则是既有高成膜效率又有较快硬度建立的助剂;丙二醇苯醚的表现同醇酯接近,成膜好但挥发慢,硬度建立时间超过1个月,难以满足工业应用对初期硬度的要求。但并不排除个别环境条件对成膜效果有特殊要求,适当加入丙二醇苯醚或12 - 醇酯还是必要的。随着人们对乙二醇(醚类)溶剂对人体危害认识的逐渐深入,正开始用丙二醇类溶剂替代乙二醇(醚类) 。然而丁基溶纤剂———乙二醇丁醚是个例外,它完全水溶而且对水油两相都具有强烈的亲合力(见表1) ,这样的特性尚无法找到适合的丙二醇醚类溶剂作替代品,目前仍有诸多原料厂商和生产厂商推荐使用。
2. 2 依据初步测定用量的配方的性能检测
以上测试中乙二醇丁醚和二丙二醇丁醚的硬度建立都有不错表现,本文选择两者以1∶1的比例作为进一步实验的成膜助剂配合。为保证成膜,初步实验总用量设定为测试中单一乙二醇丁醚的用量为38% ,即两者各19%。进一步实验的基本配方如表2所示。
表2 进一步实验的基本配方
经检测,此配方的乳液低成膜温度在0 ℃以下,硬度建立(见图3)已接近单一乙二醇丁醚的表现,只是在2 d后的硬度表现稍差,但也已基本接近0.7,铅笔硬度已达HB。
对此配方进行的施工性验证中,选取了不同的涂布量,并进行5 ℃、25 ℃、35 ℃和模拟生产线烘干条件(即喷涂完晾干3～5 min,再50 ℃烘干10 min,晾至室温后重涂)测评,分别在玻璃板(考虑其无底材因素影响)及木材表面进行平行施工测试,其他实验条件保持一致。实验发现,不同干燥温度以及在两种底材上的第1涂均成膜表现均良好;而第2涂和第3涂则分别在高温成膜和厚涂时出现不同程度开裂(见表3) ,在木材和玻璃表面情况相似。
