​乳胶漆成膜助剂的最佳添加量研究

2016-09-05

乳胶漆是以合成树脂乳液为基料,以水为分散介质,加入颜填料和助剂,经一定工艺过程制成的产品。只有在一定的温度下才能成膜,能形成连续涂膜的最低温度,称为乳液的最低成膜温度(MFT)。乳胶漆的所有性能只有在获得良好的涂膜后才能出来,成膜效果直接影响产品的质量。众所周知,成膜助剂加量越大,乳液的最低成膜温度越低,成膜效果越好。但是考虑到企业的原材料成本以及当今最为重要的环保因素,我们有必要对成膜助剂的最佳添加量进行研究。1 试验方案
1.1 原材料
1.1.1 乳液
苯丙乳液(RS-998A):主要用于内外墙涂料,固含量48%,粒径0.1µm~0.2µm,MFT(最低成膜温度)20℃,生产企业上海巴德富实业有限公司;环氧改性有机硅接枝丙烯酸乳液(ML-195):固含量45%,粒径0.08µm,MFT(最低成膜温度)26℃,Tg( 玻璃化温度)30℃,生产企业上海日出化工有限公司;硅丙乳液(LWJ-8338):主要用于中高挡真石漆,固含量48% ,MFT(最低成膜温度)32℃,Tg( 玻璃化温度)30℃,生产企业江苏李文甲化工有限公司。
1.1.2 成膜助剂
齐大成膜助剂:生产企业姜堰市齐大涂料助剂有限公司;Texanol 醇酯:生产企业齐鲁伊士曼精细化工有限公司。
1.2 仪器设备
高速分散机:型号GFJ-0.4,上海现代环境工程技术有限公司;
电子天平:GT-P13503-S,高铁检测仪器有限公司;
最低成膜温度测定仪:型号QMB,天津森日达试验设备有限公司。
1.3 试验方法
将成膜助剂按乳液量的1%、3% 和6% 分别加入到上述三种乳液中并混合均匀,用高速分散机在400r/min~600r/min的速率下机械搅拌5min。然后将其密封静置24h 后,按GB/T9267-1988《乳胶漆用乳液最低成膜温度的测定规定》,测定其最低成膜温度。通过试验来分析成膜助剂的添加量对乳胶漆成膜效果的影响。

2 结果分析与讨论
2.1 乳胶漆的成膜机理
乳胶漆的成膜物质是乳液,其成膜机理是由水分蒸发、乳胶粒变形和乳胶分子链段扩散缠绕而融合成连续膜。乳液是非均相体系,它由悬浮在水中的球形颗粒组成,颗粒之间被水隔断,要形成连续的膜,必须使球形颗粒变形、乳胶分子链段扩散缠绕而融合,而乳胶粒变形和乳胶分子链段扩散缠绕都需要乳胶聚合物体系(乳胶漆中除颜填料外的所有组分混合体)中有大于2.5% 的自由体积(指未被分子占据的体积,已被分子占据的体积称已占体积)。聚合物在温度达到玻璃化温度(Tg)时,自由体积达到最小值2.5%,只有温度高于Tg 时,自由体积增加,高分子聚合物链段获得足够动能和必要的自由空间,进行扩散和构象调整。所以乳胶漆的成膜温度必须高于乳胶聚合物体系的Tg。
2.2 成膜助剂的作用
成膜助剂是添加到乳胶漆中帮助成膜的高沸点溶剂,它可以使Tg 较高的聚合物在较低的温度下成膜。成膜助剂吸附在聚合物粒子上,因溶解作用使粒子变形更容易,加上本身Tg 低,可以提供较多的自由体积,从而达到好的成膜效果。
2.3 试验数据
表1 是几种乳液在不同成膜助剂作用的MFT 测定结果:

由表1 可见:对于苯丙乳液(RS-998A) 来讲,当Texanol 醇酯添加量为3% 时,乳液的最低成膜温度已经能降到0.4℃了,和齐大成膜助剂在6% 的加量时乳液的最低成膜温度基本接近。由此可见,在添加量为3% 时,以Texanol 醇酯为成膜助剂,相比齐大成膜助剂,可明显的降低乳液的最低成膜温度。也就是说只要我们选择合适的成膜助剂,3% 的添加量便能满足乳胶漆成膜要求。在环氧改性有机硅接枝丙烯酸乳液(ML-195)中,添加3% 的成膜助剂时,MFT 的下降值分别为24.2℃和21.9℃,而在3%~6% 之间,MFT 的下降值分别只有5.8℃和4.5℃。由此可见3% 是添加量的关键点。由图1-1 可以看出,在乳液RS-998A 中加入3% 齐大成膜助剂时与其他两个乳液在6% 加量时的成膜效果基本一致,能将MFT 将至4.8℃。更有效的说明了只要在合适的乳液中加入合适的成膜助剂,3% 绝对可以满足乳胶漆良好成膜性能的需要。

3 结论
经试验发现,不同的乳液体系,不同的成膜助剂品种,其用量不同,乳液的最低成膜温度就不同,也就是说乳胶漆的成膜效果就不同。一般来说,乳液本身的MFT 高,则成膜助剂用量大,反之则少。但是只要我们能在合适的乳液中添加合适的成膜助剂,乳液量的3%,即可有效的降低成膜温度,满足形成良好涂膜的要求。