成膜助剂在多层核/壳丙烯酸酯乳液中的应用

　　【中国涂料采购网】随着社会的进步, 人们对生存环境的关注程度越来越高 , 乳液型涂料作为绿色环保涂料之一, 成为近年来的研究热点。目前, 在乳液型涂料应用中, 一般要求聚合物乳液有较低的成膜温度(MFT) , 而聚合物本身有较高的玻璃化转变温度。前者使乳液型涂料能适于在低温条件下施工, 扩大了涂料施工的温度范围, 后者则有利于提高涂膜的机械性能、耐候性和耐沾污性。但是聚合物玻璃化温度过高, 意味着在室温条件或环境温度较低的条件下, 乳胶粒子很难变形, 粒子融合过程受阻, 导致不能成膜。因此, 一方面, 从乳液合成入手, 制备既具有高的玻璃化温度又能低温成膜的乳液, 如具有核/壳结构的乳液; 另一方面从涂料配制入手, 加入成膜助剂来协助乳液成膜, 实现低温条件下成膜 。成膜助剂作为一种重要的水性涂料助剂对乳液的成膜有重要影响, 本文主要研究了不同种类成膜助剂对具有三层核/壳结构的丙烯酸乳液成膜性能的影响规律, 筛选出适于该体系的高效成膜助剂,得到了性能优异的水性木器涂料。

　　1 实验部分

　　1. 1 原 料

　　水性木器涂料专用乳液(ACIC- 2602): 工业级, 武汉安泰化学工业有限公司生产; 1, 2- 丙二醇: 分析纯, 天津市化学试剂有限公司; 2- 氨基- 2- 甲基- 1- 丙醇( AMP- 95): 美国安格斯公司; 2, 2, 4 - 三甲基- 1, 3 - 戊二醇单异丁酸酯( 795) : 耐斯特公司; 2, 2, 4- 三甲基- 1, 3 - 戊二醇单异丁酸酯(Texanol): 伊士曼化学; 二丙二醇丁醚(DPNB): 陶氏化学;丁二酸或戊二酸、己二酸的琥珀酸酯( DEE ): 罗地亚公司;BYK- 024: 毕克化学; RH 212: 海明斯特殊化工有限公司。

　　漆膜硬度按GB/T1730) 1993测定(双摆杆式阻尼试验法);漆膜柔韧性按GB/T1731) 1993 测定; 漆膜耐冲击性按GB/T1732) 1993测定; 漆膜耐水性按GB/T1733) 1993测定(浸水试验法); 漆膜镜面光泽按GB/T5794) 1988测定。漆膜表面形态的AFM测试, 用Nanoscope 3a原子力显微镜(AFM)测试。

　　2 结果与讨论

　　2.1 乳液型涂料的成膜过程与成膜助剂的作用机理

　　与溶剂型涂料不同, 乳液型涂料的成膜过程一般分为以下三个过程: ( 1)充填过程: 乳液型涂料施工后, 水分挥发, 微粒相互靠近, 达到密集的充填状态, 体系中的乳化剂及其他水溶性助剂留在微粒间隙的水中。( 2)融合过程: 水分继续挥发, 高聚物微粒表面吸附的保护层破坏, 裸露的微粒相互接触。其间隙愈来愈小, 至毛细管径大小时, 毛细管压力高于聚合物微粒的抗变形力, 微粒变形, 最后凝集、融合成连续的涂膜。( 3) 扩散过程: 残留在水中的助剂逐渐向涂膜扩散, 并使高聚物分子长链相互扩散, 形成具有良好性能的均匀涂膜。涂料的成膜过程对最终形成涂膜的表观状态、性能等有决定性的影响, 而成膜助剂在水性乳液型涂料整个成膜过程中起着重要的作用。

　　水性涂料所使用的成膜助剂又叫聚结剂、助溶剂或共溶剂, 一般是相对分子质量数百的高沸点有机物。它可以看作是聚合物乳液粒子内增塑剂, 主要功能是降低乳液的最低成膜温度, 改进乳液涂料的流动性, 提高漆膜致密程度, 从而改善涂料施工性能和涂层物化性能等。成膜助剂加入乳液体系后, 少量溶解在水相中, 大部分进入聚合物乳液粒子内部,在聚合物相中的成膜助剂使粒子表面软化, 提高了聚合物的塑性, 使乳液粒子更容易受压变形, 融合成膜, 从而降低乳液型涂料的最低成膜温度。在涂膜干燥过程中, 水分挥发后余下的成膜助剂使聚合物胶粒相互融合成连续的膜, 随着时间的推移, 成膜助剂逐渐挥发逸出, 涂膜硬度随之逐渐提高。

　　乳胶粒变形和分子链段扩散都要求乳胶聚合物体系中有大于2.5%的自由体积, 否则乳胶粒高聚物处于玻璃态, 而无法变形, 高聚物分子链段处于冻结状态而不能扩散。正是由于成膜助剂在成膜过程中提供了足够的自由体积, 以使聚合物粒子变形和聚合物分子链段扩散、缠绕而融合成连续的涂膜。