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降低水性涂料成膜溫度方法探討

作者:星日金屬包裝機械 發布時間:2015-10-20
內容摘要: 水性涂料 乳液 成膜助劑

 0 引 言

       為了人類自身   和全球可持續發展考慮,迫切需要   環保型涂料。水性涂料以水為分散介質和稀釋劑,其突出的優點是作為分散介質的水   無害,制造和貯運無爆炸危險,解決了溶劑型涂料高VOC 的問題。同時水性涂料還具備價廉、不易粉化、干燥快、施工方便等優點。水性涂料已在建筑、工業防腐、家具、家裝以及汽車制造領域   越來越廣泛的應用并已成為世界涂料發展的重要方向之一。然而,水性涂料存在成膜溫度較高,在寒冷的冬季難以成膜的問題,給施工帶來不便。本文從水性涂料成膜機理的角度探討了影響成膜的幾個重要因素。
 
1 水性涂料成膜機理
       水性漆成膜過程經歷了聚合物粒子的濃縮、聚集迭合、擠壓變形、再借助于成膜助劑融合成膜。水性漆成膜過程階段多,并且是非分子級的,其中任何階段都有可能產生不完全性,特別是   后階段,乳液粒子借助于成膜助劑形成均勻的連續相使水性漆   終成膜。
       1966 年Bradford 等提出了成膜溫度   大于聚合物玻璃化轉變溫度(Tg)的概念。成膜過程的3 階段分別是水蒸發;乳液顆粒靠近變形并趨填密;相互擴散,當T>Tg 時   終成膜。這是水性漆的物理成膜機理。
       對于水溶性涂料來講,由于樹脂需水溶,其分子量不會太大。因此大多是熱固型的,樹脂中的活性基團和外加交聯劑的活性基團之間的交聯反應形成不溶不融的網狀結構,從而使涂膜的性能   提高。
 
2 乳液結構和性質對   低成膜溫度影響
       乳液   低成膜溫度(MFT)是乳液顆粒相互聚集成連續薄膜的   低溫度,是表征聚合物乳液成膜特性的常用方法,是單組分水性漆的使用   限值。當施工溫度超過MFT 時,乳液形成連續、透明的薄膜;反之,當施工溫度低于MFT 時,將會形成白色粉狀有裂痕的薄膜。因此,為了滿足使用的要求,單組分水性漆的施工溫度應超過MFT。影響MFT 的因素包括乳液中乳膠粒的結構,乳液粒子的大小,乳液合成中表面活性劑的選擇和合成工藝等。
2.1 乳膠粒結構影響
       乳液由乳膠粒和水組成,乳膠粒內包裹高聚物,其表面材料的性能直接影響MFT。乳膠粒內可以是均一結構,也可以是核殼結構。軟殼硬核的核殼結構乳液,可在較低溫度下成膜。相反,軟核硬殼的核殼乳液,其成膜溫度較高。含有可交聯官能團的乳液,比不含可交聯官能團的乳液成膜溫度高。
2.2 粒徑
       乳液粒徑的大小影響漆膜的質量。細粒徑乳液   的漆膜   均勻,漆膜的光澤度高。乳液粒徑增大,MFT 趨于Tg。隨著乳膠粒粒徑變小,粘度增加,增大了乳液成膜的毛細管壓力和粒子的總表面積,有利于粒子表面鏈端相互滲透,促進粒子變形成膜,從而降低MFT。親水性單體傾向于留在乳膠粒子的外層,因而MFT的高低取決于親水單體的性能。
2.3 表面活性劑
       乳化劑的分子中均含有兩類性質截然不同的部分——   性基團與非   性基團。非離子型乳化劑在水溶液中不會離解成離子,其效果與介質pH 值無關,它會在聚合物表面形成吸附層,阻擋聚合物分子彼此碰撞,從而提高聚合物粒子的分散穩定性;陰離子型乳化劑水解時生成陰離子基團,可使聚合物表面帶負電荷,造成聚合物顆粒相斥,降低粒徑,進而降低成膜溫度。
2.4 合成工藝
       包括加料順序、操作方法、溫度控制等。
 
3 成膜助劑對MFT的影響
       成膜助劑又稱凝聚劑、聚結劑,通過降低聚合物表面積,降低表面能,控制水的蒸發以促進聚合物成膜。一旦乳液成膜過程完成,成膜助劑會從涂膜中揮發,從而使聚合物玻璃化溫度恢復至初始值。實驗證明,成膜助劑的水溶性、相容性和揮發性影響著成膜助劑在涂料中的存在狀態、運動行為和使用效果。成膜助劑在乳液粒子的融合和成膜階段起著溶劑的作用。在成膜助劑的作用下乳液粒子之間的界面消失,形成連續均勻的膜。增大了低溫成膜的可能性,   低成膜溫度隨成膜助劑的增加而下降。然而用量增加到   程度,其效果不明顯反而會增加成本。所以其用量應該控制在   范圍內。
成膜助劑TEXANOL 酯醇用量對丙烯酸乳液   低成膜溫度的影響
       由圖1 可見,隨著成膜助劑TEXANOL 酯醇用量的增加,涂膜的   低成膜溫度也隨之降低。當成膜助劑的用量增加到8%以后,涂膜的   低成膜溫度不再降低。
 
4 結 論
       降低乳液的   低成膜溫度增加了水性漆冬季施工的可行性,影響   低成膜溫度的   主要因素是聚合物乳液中乳膠粒的結構和粒徑,以及乳液合成過程工藝控制和后處理工藝。此外,涂料配方研制階段中成膜助劑種類的選擇和加量也是影響水性漆   低成膜溫度的重要因素。
 
 
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