成膜助劑在多層核/殼丙烯酸酯乳液中的應用

　　【中國涂料采購網】隨著社會的進步, 人們對生存環境的關注程度越來越高 , 乳液型涂料作為綠色環保涂料之一, 成為近年來的研究熱點。目前, 在乳液型涂料應用中, 一般要求聚合物乳液有較低的成膜溫度(MFT) , 而聚合物本身有較高的玻璃化轉變溫度。前者使乳液型涂料能適于在低溫條件下施工, 擴大了涂料施工的溫度范圍, 后者則有利于提高涂膜的機械性能、耐候性和耐沾污性。但是聚合物玻璃化溫度過高, 意味著在室溫條件或環境溫度較低的條件下, 乳膠粒子很難變形, 粒子融合過程受阻, 導致不能成膜。因此, 一方面, 從乳液合成入手, 制備既具有高的玻璃化溫度又能低溫成膜的乳液, 如具有核/殼結構的乳液; 另一方面從涂料配制入手, 加入成膜助劑來協助乳液成膜, 實現低溫條件下成膜 。成膜助劑作為一種重要的水性涂料助劑對乳液的成膜有重要影響, 本文主要研究了不同種類成膜助劑對具有三層核/殼結構的丙烯酸乳液成膜性能的影響規律, 篩選出適于該體系的高效成膜助劑,得到了性能優異的水性木器涂料。

　　1 實驗部分

　　1. 1 原 料

　　水性木器涂料專用乳液(ACIC- 2602): 工業級, 武漢安泰化學工業有限公司生產; 1, 2- 丙二醇: 分析純, 天津市化學試劑有限公司; 2- 氨基- 2- 甲基- 1- 丙醇( AMP- 95): 美國安格斯公司; 2, 2, 4 - 三甲基- 1, 3 - 戊二醇單異丁酸酯( 795) : 耐斯特公司; 2, 2, 4- 三甲基- 1, 3 - 戊二醇單異丁酸酯(Texanol): 伊士曼化學; 二丙二醇丁醚(DPNB): 陶氏化學;丁二酸或戊二酸、己二酸的琥珀酸酯( DEE ): 羅地亞公司;BYK- 024: 畢克化學; RH 212: 海明斯特殊化工有限公司。

　　漆膜硬度按GB/T1730) 1993測定(雙擺桿式阻尼試驗法);漆膜柔韌性按GB/T1731) 1993 測定; 漆膜耐沖擊性按GB/T1732) 1993測定; 漆膜耐水性按GB/T1733) 1993測定(浸水試驗法); 漆膜鏡面光澤按GB/T5794) 1988測定。漆膜表面形態的AFM測試, 用Nanoscope 3a原子力顯微鏡(AFM)測試。

　　2 結果與討論

　　2.1 乳液型涂料的成膜過程與成膜助劑的作用機理

　　與溶劑型涂料不同, 乳液型涂料的成膜過程一般分為以下三個過程: ( 1)充填過程: 乳液型涂料施工后, 水分揮發, 微粒相互靠近, 達到密集的充填狀態, 體系中的乳化劑及其他水溶性助劑留在微粒間隙的水中。( 2)融合過程: 水分繼續揮發, 高聚物微粒表面吸附的保護層破壞, 裸露的微粒相互接觸。其間隙愈來愈小, 至毛細管徑大小時, 毛細管壓力高于聚合物微粒的抗變形力, 微粒變形, 最后凝集、融合成連續的涂膜。( 3) 擴散過程: 殘留在水中的助劑逐漸向涂膜擴散, 并使高聚物分子長鏈相互擴散, 形成具有良好性能的均勻涂膜。涂料的成膜過程對最終形成涂膜的表觀狀態、性能等有決定性的影響, 而成膜助劑在水性乳液型涂料整個成膜過程中起著重要的作用。

　　水性涂料所使用的成膜助劑又叫聚結劑、助溶劑或共溶劑, 一般是相對分子質量數百的高沸點有機物。它可以看作是聚合物乳液粒子內增塑劑, 主要功能是降低乳液的最低成膜溫度, 改進乳液涂料的流動性, 提高漆膜致密程度, 從而改善涂料施工性能和涂層物化性能等。成膜助劑加入乳液體系后, 少量溶解在水相中, 大部分進入聚合物乳液粒子內部,在聚合物相中的成膜助劑使粒子表面軟化, 提高了聚合物的塑性, 使乳液粒子更容易受壓變形, 融合成膜, 從而降低乳液型涂料的最低成膜溫度。在涂膜干燥過程中, 水分揮發后余下的成膜助劑使聚合物膠粒相互融合成連續的膜, 隨著時間的推移, 成膜助劑逐漸揮發逸出, 涂膜硬度隨之逐漸提高。

　　乳膠粒變形和分子鏈段擴散都要求乳膠聚合物體系中有大于2.5%的自由體積, 否則乳膠粒高聚物處于玻璃態, 而無法變形, 高聚物分子鏈段處于凍結狀態而不能擴散。正是由于成膜助劑在成膜過程中提供了足夠的自由體積, 以使聚合物粒子變形和聚合物分子鏈段擴散、纏繞而融合成連續的涂膜。