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乳胶漆是水性涂料的一大类, 所含VOC很低,属于“ 绿色涂料” 。乳胶漆主要是聚合物颗粒的水分散体喝颜料颗粒的水分散体的混合物。但它们没有良好的施工性能, 难于得到好的漆膜, 必须添加各种助剂来达到所要求的施工性能和成膜质量, 而成膜助剂是乳胶漆中最重要的助剂之一。
1.乳胶漆的成膜机理
乳胶漆的成膜过程较复杂, 要经历一个从分散的聚合物颗粒到相互聚结成为整体的过程。其施工后, 水分挥发, 球状颗粒必须相互融合才能形成连续的涂膜。乳胶漆成膜分以下几个过程
(1)颗粒逐渐靠拢
球状颗粒在乳胶漆中以双电层和屏蔽稳定的作用保持着分散状态, 在施工成膜后, 水分逐渐挥发, 依靠其推动力, 分散着的颗粒逐渐靠拢, 当接近到一定程度时, 邻近的颗粒就紧紧地挤在一起而达到密聚状态, 失去了运动的自由而形成凝胶状。
(2) 颗粒稳定性破坏
水分进一步挥发, 漆膜的体积收缩。当水份挥发将尽时, 其推动力也将消失, 此时毛细管力明显的起作用, 体积的收缩和毛细管吸收引力远大于颗粒的分散稳定斥力, 颗粒稳定性破坏, 从而使颗粒相互接触、相互吸引、相互流动、相互聚结形成连续的涂膜。
(3) 聚合物链段相互渗透
随着时间的推移, 残留的助剂逐渐挥发, 聚合物分子链段相互渗透, 膜性质逐渐改进, 最后形成均匀而性能良好的涂膜。
2.成膜助剂概念及常用的成膜助剂
乳胶漆高聚物为热塑性聚合物, 只有在一定的温度下才能成膜, 能形成连续涂膜的最低温度, 称为该乳液得最低成膜温度, 所以成膜温度必须在最低成膜温度以上。乳胶漆为了达到某种功能, 添加的硬单体比例较大, 最低成膜温度高于室温不能成膜, 必须添加成膜助剂使之成膜。成膜助剂又称成膜剂、凝集剂、聚结剂, 常为高沸点溶剂, 在涂膜形成后慢慢挥发, 促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形, 改善其聚结性能。在乳胶漆中成膜助剂因对乳胶粒子的溶解作用而使粒子表面软化, 促使聚合物粒子易受压变形, 融合成膜成膜助剂的加人可降低乳液及乳胶漆的最低成膜温度。常用的成膜助剂有乙二醇、丙二醇、己二醇、甲基节醇、十二碳醋醇、一缩乙二醇、丙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、乙二醇醚类及醋酸醋、松节油、双戊烯松油、十氢蔡等。
3.成膜助剂的选择
(1)成膜助剂必须是聚合物的强溶剂, 要能降低聚合物的玻璃化温度, 并具有很好的相容性, 否则会影响漆膜的外观及其光泽
(2)在水中的溶解度小, 能为乳胶粒吸附而具有优良的聚结性能
(3)成膜助剂有适宜的挥发速度, 在成膜前保留在乳胶漆涂层中, 其挥发速度应低于水和乙醇。成膜后须完全挥发
(4)加人乳胶体系后吸附在乳胶粒子表面, 不影响乳胶粒子的稳定性。
4 成膜助剂的作用及影响因素
成膜助剂的作用如同一种“ 临时” 增塑剂, 用以降低聚合物的玻璃化温度(Tg), 一旦颗粒变形与成膜过程完成后, 成膜助剂会从涂膜中挥发, 从而使聚合物Tg值恢复至初始值。通常情况下, 大多数成膜助剂在室温下挥发比水滞后1一2h, 因此, 成膜助剂应该由挥发性较慢的溶剂组成。作为成膜助剂的最大先决条件就是在干燥过程中, 水分挥发, 而成膜助剂仍留在涂层中, 它最后从涂层中自行挥发。丙二醇丁醚作为水性涂料的成膜助剂, 研究表明丙二醇丁醚对乙丙乳胶漆、苯丙乳胶漆效果较好, 加乳液的4%即可使水性涂料的最低成膜温度从20℃降到4℃左右。
成膜助剂直接决定着聚合物乳胶粒子聚结成完整连续涂膜的程度, 进而影响涂膜的长期防腐蚀效果。成膜助剂在一定程度上还影响着涂膜的干燥速度等。成膜助剂明显影响涂膜的最低成膜温度和防腐性能。成膜助剂如及在低温也能使聚合物乳胶粒子变形融合,形成完整的连续膜, 可减少水和腐蚀性离子迁移到钢底材表面。如果聚合物乳胶粒子在毛细管压力下聚结成不连续膜, 则涂膜的渗透性增大, 从而防腐性能降低。成膜助剂的添加量一般3%一11%为宜, 否则聚合物乳胶粒子过早聚结, 使涂膜表面多孔、疏松。过量的成膜助剂也是影响涂料冻融稳定性的重要因素。
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