一、成膜助劑概況

 

       水性涂料的成膜助劑又叫凝聚劑、聚結(jié)劑、成膜助溶劑或共溶劑，能夠?qū)?a href="http://www.ruiyunsheng.cn/tec/354/technology_info2374.html" target="_blank">乳液中的聚合物粒子產(chǎn)生溶解和溶脹作用，使粒子在較低溫度下也能夠隨水分的揮發(fā)產(chǎn)生塑性流動和彈性變形而聚結(jié)成膜，但在成膜以后較短時間內(nèi)又能揮發(fā)逸出，而不影響涂膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，高溫下涂膜不回粘。成膜助劑是分子量數(shù)百的溶解力極強(qiáng)的高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，多為醇類、醇酯類、醇醚類化合物，實(shí)際上成膜助劑是聚合物的一種溶劑，在涂膜干燥過程中，水分揮發(fā)后余下的成膜助劑使聚合物微滴溶解并融合成連續(xù)的膜，成膜助劑除有溶解作用外，還會對聚合物起短暫的增塑作用，成膜助劑是一種可以揮發(fā)的暫時性增塑劑，能促進(jìn)乳膠粒子的塑性流動和彈性變形，改善其聚結(jié)性，可在廣泛的施工溫度范圍內(nèi)成膜。

 

       水性涂料成膜助劑廣泛應(yīng)用于建筑涂料（乳膠漆）、水性汽車涂料及汽車修補(bǔ)涂料、水性電泳涂料、水性船舶涂料、水懷集裝箱涂料、水性防腐涂料、水性工業(yè)涂料、水性膠粘劑、水性木器涂料、水性卷材和卷鋼涂料、水性絲印油墨、水性凹印油墨、水性柔印油墨、UV水性涂料油墨等等。

 

       二、成膜助劑的選擇標(biāo)準(zhǔn)

 

       理想的成膜助劑應(yīng)具有下列特性：

 

       (一)、成膜助劑必須是聚合物的強(qiáng)溶劑, 對多種水性樹脂都有極佳的成膜效率，并具有很好的相容性，極好降低水性樹脂的最低成膜溫度，不會會影響漆膜的外觀及其光澤；

 

       (二)、氣味低、加量少、效果優(yōu)異、環(huán)保性佳、具有一定的揮發(fā)性，有效調(diào)節(jié)干燥速率，以便于施工；

 

       (三)、優(yōu)異的水解穩(wěn)定性，在水中的溶解度小，其揮發(fā)速度應(yīng)低于水和乙醇，在成膜前保留在涂料涂層中，成膜后須完全揮發(fā)，不影響涂膜性能；

 

       (四)、加人乳膠體系后吸附在乳膠粒子表面，能為乳膠粒吸附而具有優(yōu)良的聚結(jié)性能，充分溶解和溶脹水性樹脂不影響乳膠粒子的穩(wěn)定性。

  

       三、水性涂料的成膜機(jī)理

 

       水性漆的成膜過程較復(fù)雜, 要經(jīng)歷一個從分散的聚合物顆粒到相互聚結(jié)成為整體的過程。其施工后, 水分揮發(fā), 球狀顆粒必須相互融合才能形成連續(xù)的涂膜。水性漆成膜分以下幾個過程

 

       (一)、顆粒逐漸靠攏填充過程。

 

       球狀顆粒在乳膠漆中以雙電層和屏蔽穩(wěn)定的作用保持著分散狀態(tài), 在水性涂料施工后, 水分逐漸揮發(fā),原先以靜電斥力和空間位阻穩(wěn)定作用而保持分散狀態(tài)的聚合物顆粒和顏料、填料顆粒逐漸靠攏，但仍可以自由運(yùn)動。在該階段，水份的揮發(fā)與單純水的揮發(fā)相似，為恒速揮發(fā)。

 

       (二)、顆粒融合過程。

 

       隨著水分的進(jìn)一步揮發(fā)，聚合物微粒表面吸附的保護(hù)層破壞，裸露的微粒相互接觸，

 

       其間隙愈來愈小，漆膜的體積收縮，當(dāng)水份揮發(fā)將盡時, 其推動力也將消失，至毛細(xì)管經(jīng)大小時，由于毛細(xì)管效能作用，其毛細(xì)管壓力高于聚合物微粒的抗變形力，顆粒穩(wěn)定性破壞并變形，最后凝集、融合成連續(xù)的涂膜。這一過程是水性漆能否成膜的關(guān)鍵，若乳液聚合物的玻璃化溫度(Tg)較高（為了使涂膜具有良好的機(jī)械性能，耐候性和沾污性，Tg值一般不能太低），在較低環(huán)境溫度下，就很難變形，從而會使融合過程受阻，導(dǎo)致不能成膜，這時需要用成膜助劑協(xié)助成膜。成膜助劑可以使乳膠粒子溶脹變軟，因此，很容易使他們?nèi)诤显谝黄鹦纬蛇B續(xù)的膜。

 

       (三)、聚合物鏈段相互擴(kuò)散滲透交聯(lián)成膜過程。

 

       隨著時間的推移, 殘留在水中的助劑逐漸向涂膜擴(kuò)散, 并使聚合物分子長鏈段相互滲透、擴(kuò)散，纏繞形成具有良好性能的均勻涂膜，隨著成膜助劑從漆膜中逐漸揮發(fā)，最后形成理想的性能優(yōu)異的涂膜。

 

       四、水性涂料成膜助劑的用法與用量

 

       乳液或分散體等聚合物通常具有高于室溫的玻璃化溫度Tg。為了使乳液粒子很好地融合成為均勻的漆膜，必須使用成膜助劑降低最低成膜溫度(MFFT)。乳液的最低成膜溫度(MFFT)對涂膜的硬度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和低溫涂裝性能會產(chǎn)生重要的影響。最低成膜溫度高，涂膜的硬度高和光澤高，但在稍低溫度時不能涂裝；最低成膜溫度太低，低溫涂裝性能雖好，但涂膜玻璃化溫度低，高溫發(fā)軟回粘，耐污性差。成膜助劑的基本功能就是降低乳液以及乳膠漆的最低成膜溫度，使水性涂料能在低溫下進(jìn)行涂裝。

 

       成膜助劑的加量取決于配方中乳液或水分散體的用量和玻璃化溫度Tg。涂料中乳液或水分散體的用量大以及聚合物的Tg高，成膜助劑的用量也要大，反之用量少。配方設(shè)計(jì)時，首先考慮成膜助劑大約占乳液的或水分散體的3%-5%，或占乳液或分散體固體份的5%-15%。

 

       成膜助劑的有效性表現(xiàn)在成膜助劑對乳液粒子的成膜效率。按乳液固含量的5％-l5％ 添加成膜助劑，測定MFFT的下降值，將下降值對成膜助劑用量作圖，所得直線的斜率即表示該成膜助劑對給定乳液的成膜效率，其斜率越大，成膜效率越高。顯然，成膜效率有乳液樹脂的特定性，即表現(xiàn)為對每種樹脂或每一類樹脂有效，并且與乳液的初始MFFT有關(guān)。值得注意的是，成膜助劑在用量較大時，MFFT的下降往往偏離直線關(guān)系，這時要用回歸法求得一個相對最好的斜率值用以比較。

 

       當(dāng)一種乳液體系確定后，選用合適的成膜助劑是十分重要的。涂料是一門實(shí)踐科學(xué)，通過大量試驗(yàn)選取最佳成膜助劑，保證水性涂料的低溫施工性十分重要。實(shí)踐表明，水性涂料的MFFT應(yīng)保證在10℃以下，最好小于5℃，涂裝能形成不開裂、不粉化的均勻漆膜為止，找出成膜助劑的最低用量。如果成膜助劑的用量達(dá)乳液或分散體的15%或者更高是不可取的，應(yīng)考慮更換其他成膜助劑再試。鑒于成膜助劑降低MFFT的作用不是萬能的，所以對于Tg過高的乳液，添加大量的成膜助劑也難保證有足夠的低溫施工性和凍融穩(wěn)定性。普通乳液和水分散體的Tg不宜大于40℃，否則用大量的成膜助劑也難于將MFFT降至10℃以下。片面追求高Tg帶來高硬度的涂膜是不適宜的，何況這樣做還會因?yàn)槌赡ぶ鷦┯昧窟^大產(chǎn)生VOC超標(biāo)的問題。