乳膠漆是水性涂料的一大類,所含VOC很低,屬于“綠色涂料”。乳膠漆主要是聚合物顆粒的水分散體喝顏料顆粒的水分散體的混合物。但它們沒有良好的施工性能,難于得到好的漆膜,必須添加各種助劑來達到所要求的施工性能和成膜質量,而成膜助劑是乳膠漆中最重要的助劑之一。
1.乳膠漆的成膜機理
乳膠漆的成膜過程較復雜,要經歷一個從分散的聚合物顆粒到相互聚結成為整體的過程。其施工后,水分揮發,球狀顆粒必須相互融合才能形成連續的涂膜。乳膠漆成膜分以下幾個過程
(1)顆粒逐漸靠攏
球狀顆粒在乳膠漆中以雙電層和屏蔽穩定的作用保持著分散狀態,在施工成膜后,水分逐漸揮發,依靠其推動力,分散著的顆粒逐漸靠攏,當接近到一定程度時,鄰近的顆粒就緊緊地擠在一起而達到密聚狀態,失去了運動的自由而形成凝膠狀。
(2)顆粒穩定性破壞
水分進一步揮發,漆膜的體積收縮。當水份揮發將盡時,其推動力也將消失,此時毛細管力明顯的起作用,體積的收縮和毛細管吸收引力遠大于顆粒的分散穩定斥力,顆粒穩定性破壞,從而使顆粒相互接觸、相互吸引、相互流動、相互聚結形成連續的涂膜。
(3)聚合物鏈段相互滲透
隨著時間的推移,殘留的助劑逐漸揮發,聚合物分子鏈段相互滲透,膜性質逐漸改進,最后形成均勻而性能良好的涂膜。
2.成膜助劑概念及常用的成膜助劑
乳膠漆高聚物為熱塑性聚合物,只有在一定的溫度下才能成膜,能形成連續涂膜的最低溫度,稱為該乳液得最低成膜溫度,所以成膜溫度必須在最低成膜溫度以上。乳膠漆為了達到某種功能,添加的硬單體比例較大,最低成膜溫度高于室溫不能成膜,必須添加成膜助劑使之成膜。
成膜助劑又稱成膜劑、凝集劑、聚結劑,常為高沸點溶劑,在涂膜形成后慢慢揮發,促進乳膠粒子的塑性流動和彈性變形,改善其聚結性能。在乳膠漆中成膜助劑因對乳膠粒子的溶解作用而使粒子表面軟化,促使聚合物粒子易受壓變形,融合成膜成膜助劑的加人可降低乳液及乳膠漆的最低成膜溫度。
常用的成膜助劑有乙二醇、丙二醇、己二醇、甲基節醇、十二碳醋醇、一縮乙二醇、丙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、乙二醇醚類及醋酸醋、松節油、雙戊烯松油、十氫蔡等。
3.成膜助劑的選擇
(1)成膜助劑必須是聚合物的強溶劑,要能降低聚合物的玻璃化溫度,并具有很好的相容性,否則會影響漆膜的外觀及其光澤
(2)在水中的溶解度小,能為乳膠粒吸附而具有優良的聚結性能
(3)成膜助劑有適宜的揮發速度,在成膜前保留在乳膠漆涂層中,其揮發速度應低于水和乙醇。成膜后須完全揮發
(4)加人乳膠體系后吸附在乳膠粒子表面,不影響乳膠粒子的穩定性。
4成膜助劑的作用及影響因素
成膜助劑的作用如同一種“臨時”增塑劑,用以降低聚合物的玻璃化溫度(Tg),一旦顆粒變形與成膜過程完成后,成膜助劑會從涂膜中揮發,從而使聚合物Tg值恢復至初始值。
通常情況下,大多數成膜助劑在室溫下揮發比水滯后1一2h,因此,成膜助劑應該由揮發性較慢的溶劑組成。作為成膜助劑的最大先決條件就是在干燥過程中,水分揮發,而成膜助劑仍留在涂層中,它最后從涂層中自行揮發。
丙二醇丁醚作為水性涂料的成膜助劑,研究表明丙二醇丁醚對乙丙乳膠漆、苯丙乳膠漆效果較好,加乳液的4%即可使水性涂料的最低成膜溫度從20℃降到4℃左右。
成膜助劑直接決定著聚合物乳膠粒子聚結成完整連續涂膜的程度,進而影響涂膜的長期防腐蝕效果。
成膜助劑在一定程度上還影響著涂膜的干燥速度等。成膜助劑明顯影響涂膜的最低成膜溫度和防腐性能。成膜助劑如及在低溫也能使聚合物乳膠粒子變形融合,形成完整的連續膜,可減少水和腐蝕性離子遷移到鋼底材表面。如果聚合物乳膠粒子在毛細管壓力下聚結成不連續膜,則涂膜的滲透性增大,從而防腐性能降低。
成膜助劑的添加量一般3%~11%為宜,否則聚合物乳膠粒子過早聚結,使涂膜表面多孔、疏松。過量的成膜助劑也是影響涂料凍融穩定性的重要因素。
