水性成膜助剂有哪些
水性涂料的成膜助剂又叫凝聚剂、聚结剂、成膜助溶剂或共溶剂,能够对乳液中的聚合物粒子产生溶解和溶胀作用,使粒子在较低温度下也能够随水分的挥发产生塑性流动和弹性变形而聚结成膜,但在成膜以后较短时间内又能挥发逸出,而不影响涂膜的玻璃化转变温度,高温下涂膜不回粘。成膜助剂是分子量数百的溶解力极强的高沸点有机溶剂,多为醇类、醇酯类、醇醚类化合物,实际上成膜助剂是聚合物的一种溶剂,在涂膜干燥过程中,水分挥发后余下的成膜助剂使聚合物微滴溶解并融合成连续的膜,成膜助剂除有溶解作用外,还会对聚合物起短暂的增塑作用,成膜助剂是一种可以挥发的暂时性增塑剂,能促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形,改善其聚结性,可在广泛的施工温度范围内成膜。
水性涂料成膜助剂广泛应用于建筑涂料(乳胶漆)、水性汽车涂料及汽车修补涂料、水性电泳涂料、水性船舶涂料、水怀集装箱涂料、水性防腐涂料、水性工业涂料、水性胶粘剂、水性木器涂料、水性卷材和卷钢涂料、水性丝印油墨、水性凹印油墨、水性柔印油墨、UV水性涂料油墨等等。
二、成膜助剂化的化学类型和生产厂家
(一)、醇类(如苯甲醇BA、乙二醇、丙二醇、己二醇);
(二)、醇酯类(如十二碳醇酯(即Texanol酯醇或醇酯-12));
(三)、醇醚类(乙二醇丁醚EB、丙二醇甲醚PM、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、二丙二醇单甲醚DPM、二丙二醇单丙醚DPnP、二丙二醇单丁醚DPnB、三丙二醇正丁醚TPnB、丙二醇苯醚PPH等);
(四)、醇醚酯类(如己二醇丁醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯EEP)等;
从成膜助剂的主要生产厂商和主要产品来看,具代表性的有BASF公司的Lusolvan FBH、美国Du Pont的DBE-IB、英国Chemoxy公司的COASOL的(己二酸二异丁酯、戊二酸二异丁酯和丁二酸二异丁酯的混合物),比利时Neste perstorp公司的Nexcoat 795(2,2,4-三甲基-1,2-戊二醇-异丁单酯),美国DowChemical 公司的Dowanol pph(丙二醇苯醚)、DAL-PADC、DAL-PADD、DPnB,伊士曼(EASTMAN CHEMICAL)化学公司的Texanol、EEH、OE300、OE400,英国海名斯化学公司的SER-AD FX510、SER-AD FX511、江苏润泰化学有限公司的十二碳醇酯(酯醇12)等。
成膜助剂在水性涂料中的状态
根据成膜助剂在聚合物中的位置,将其分为A、B、C三类。乳液以水为连续相,由乳化剂稳定形成的疏水聚合物链球形胶束所组成。加入乳液体系中的成膜助剂在体系中所处的位置取决于自身的疏水/亲水性。其中,A型在乳液聚合物中,主要是如石油醚的烃类,如松节油、双戊烯松油、十氢蔡等;AB型在乳液聚合物和水的界面,主要为双酯类和醇酯类,如Texanol酯醇、Lusolvan FBH、DBE-IB、COASOL;ABC型主要在聚合物颗粒间、边界上和水中,主要为乙二醇酯和乙二醇酯醚,乙二醇丁醚(EB)、丙二醇苯醚(PPH)、二丙二醇单甲醚DPM;C型在水中,主要为醇类、乙二醇类,如乙醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇。传统分类中,又可以从和聚合物的相容性方面分为油溶性和水溶性。
三、成膜助剂的选择标准
理想的成膜助剂应具有下列特性:
(一)、成膜助剂必须是聚合物的强溶剂, 对多种水性树脂都有极佳的成膜效率,并具有很好的相容性,极好降低水性树脂的最低成膜温度,不会会影响漆膜的外观及其光泽;
(二)、气味低、加量少、效果优异、环保性佳、具有一定的挥发性,有效调节干燥速率,以便于施工;
(三)、优异的水解稳定性,在水中的溶解度小,其挥发速度应低于水和乙醇,在成膜前保留在涂料涂层中,成膜后须完全挥发,不影响涂膜性能;
(四)、加人乳胶体系后吸附在乳胶粒子表面,能为乳胶粒吸附而具有优良的聚结性能,充分溶解和溶胀水性树脂不影响乳胶粒子的稳定性。
四、成膜助剂的发展方向
尽管成膜助剂对乳胶漆的成膜有很大作用,但成膜助剂是有机溶剂,对环境是有影响的,所以发展的方向是环境友好型的有效成膜助剂:
(一)是降低气味。Coasol、DBE-IB、OptifilmEnhancer300、TXIB、TXIB和Texanol的混合物都能降低气味。尽管TXIB在降低MFFT和早期耐洗刷性稍差,但通过和Texanol的混用,能在这些方面得到改善。
(二)是降低挥发性有机物(VOC)。多数成膜助剂是涂料VOC的重要组成部分,因此成膜助剂应该用得越少越好。选用成膜助剂要优先考虑不属于VOC限制范围,但挥发性不得太慢、成膜效率还要高的化合物。在欧洲,VOC是指那些沸点等于或低于250℃的化学物质。沸点超过250℃的那些物质不归入VOC的范畴,所以使成膜助剂向高沸点发展。如Coasol、LusolvanFBH、DBE-IB、OptifilmEnhancer300、二异丙醇己二酸酯。
(三)是低毒、安全、可接受的生物降解性。
(四)是活性成膜助剂。丙烯酸双环戊烯基氧乙基酯(DPOA)是不饱和的可聚合有机物,均聚物Tg=33℃,无气味。其结构式如下:
在较高Tg值的乳胶漆配方中,不需成膜助剂,而加DPOA,并加入少量催干剂,如钴盐。DPOA就可降低成膜温度,使乳胶漆在室温成膜。但DPOA不挥发,不仅环境友好,而在催干剂作用下进行氧化自由基聚合,增加了涂膜的硬度、抗粘性和亮度。因此,DPOA被称为活性成膜助剂。
成膜助剂产品沸点高,环保性能优越,混溶性好,挥发度低,容易被乳胶粒子吸收,能形成优异的连续涂膜。除了可明显降低乳液的最低成膜温度,还可以改善涂料的聚结性、耐候性、耐擦洗性及展色性,使涂料同时具有良好的储存稳定性。
其次,选择理想的成膜助剂必须是:聚合物的强溶剂, 对多种水性树脂都有极佳的成膜效率,并具有很好的相容性,极好降低水性树脂的最低成膜温度,不会会影响漆膜的外观及其光泽。
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如果是水溶丙烯酸酯或者聚丙烯酸卡波尔本身结构就是成膜聚合物,油墨涂料成膜助剂品种很多既有与水混溶的醇和醇醚比如1,5-戊二醇和丙二醇甲醚,也有不溶于水的醇酯十二和乙二醇苯醚等等。和聚丙烯酸及丙烯酸酯兼容越好,成膜越光滑密度大。
那么我们为什么要用到成膜助剂呢?我们都知道乳胶漆的制造原料是乳液,而乳液中的主要成分就是热塑性的聚合物,而这些聚合物的Tg大多是在10摄氏度到25摄氏度之间。所谓Tg就是乳胶从液体状态向成型无法变形的玻璃状态发生转变的一个温度指标。你也可以理解为乳胶漆只有在某个特定的温度范围内,液态的漆料才能转变成为固态的涂层。但是10~25摄氏度的温度范围显然不符合我们大多时候施工环境的要求,为了能够使乳胶涂料可以在一个较低的气温下凝结成膜,但是不影响它的成膜性能,就需要用到了一种助剂,这就是我们所说的成膜助剂。
刚才也说到过成膜助剂可以使涂胶获得一个更加广阔的温度范围,即在低温条件下也可以进行成膜。其中助剂主要起了一个增塑形的作用,使得涂料在成膜后表面的物理性能能够恢复到正常水平,然后就逐渐挥发了。当然并不是所有的成膜助剂都是环保的,所以消费者在选购乳胶漆时也需要注意其中所使用的助剂,因为有些品种也会对人体健康造成不利。
含量(%)≥99
比重(20℃)0.95
折光指数(20℃)1.4423
水中溶解度(20℃) 不溶
挥发速度(醋酸丁酯=1) 0.002
沸点(760mmHg)/℃ 255
凝固点/℃ —50
十二碳醇酯是目前乳胶漆产品使用范围广,用量最大,性能优异的成膜助剂,被涂料行业公认为目前市场上乳胶漆最理想的环保型成膜助剂。其突出的优点如下: 1、适应性强,多种乳胶体系都具有良好的成膜效果,可以满足各种成膜要求。2、用量少,使用少量的十二碳醇酯可以达到优良的成膜效果,表现出很好的高效性。 3、能够确保漆膜的密实性,使乳胶漆在不利的温度和湿度下干燥时达到良好的漆膜性能。 4、在不同PH的乳胶漆中有很好的电解质稳定性。 5、其与水的不相容性可以最大程度避免乳胶漆渗入多孔底材中,从而可以持漆膜原有光泽,提高乳胶对颜填料的包覆率。 6、可以做为高固体份涂料的慢干剂,并且在凸版和平板油墨中做为除臭剂来调节溶剂体系的活性。 7、十二碳醇酯可赋予漆膜更好的耐候性、耐擦洗性、光泽及展色性等漆膜性能。
涂料(paint),我们平常所说的油漆只是其中的一种。指涂布于物体表面在一定的条件下能形成薄膜而起保护、装饰或其他特殊功能(绝缘、防锈、防霉、耐热等)的一类液体或固体材料。
涂料属于有机化工高分子材料,所形成的涂膜属于高分子化合物类型。按照现代通行的化工产品的分类,涂料属于精细化工产品。现代的涂料正在逐步成为一类多功能性的工程材料,是化学工业中的一个重要行业。
涂料的主要成分都有哪些:
涂料一般由成膜物bai质、颜料、助剂、du溶剂四部分组成。
1、成膜物bai质:
成膜物主要由油脂和高分子材料(树脂)组成,不挥发的活性稀释物也属于成膜剂,它是使涂料牢固附着于被涂物表面上形成连续薄膜的主要物质,是构成涂料的基础对涂膜的物理化学性能起着决定性作用。底漆要求附着好、防锈力强、与面漆结合牢;面漆则要求装饰性好、耐酸、耐碱、耐磨、耐高温,绝缘性好等。根据不同要求和经济因素,首先要选好成膜物,然后在考虑其他组分
油脂主要指植物油,如桐油,亚麻仁油,梓油、豆油、蓖麻油、椰子油等。
2、颜料:
主要作用是呈现色彩,并有保护和装饰性能,一般可分为两大类:着色颜料和体颜料,它不能单独成膜。
3、助剂:
对涂料或涂膜的某一特定方面的性能起改进作用,所以不同涂料的品种使用不同的助剂,即使是同一型号的涂料由于使用方法,目的或性能要求不同,也需要使用不同的助剂,一种涂料也可以使用多种助剂,以发挥其不同的作用。总之,助剂的使用是根据涂料和涂膜的不同要求而决定的。
一般现在涂料可使用的助剂可以分为以下类型:
A:对涂料生产过程发生作用的助剂,如消泡剂、油温剂、分散剂、乳化剂等。
B:对涂料储存过程发生作用的助剂,如防结皮剂、防沉淀剂等。
C:对涂料施工成膜过程发生作用的助剂,如增塑剂、平先剂、防霉剂、防燃剂。
4、溶剂:
溶剂的主要作用是将涂料的成膜物质溶解或分散为液态,以使易于施工成薄膜,而当施工后又能从薄膜中挥发至大气中,从而使薄膜形成固态的涂膜。所以一般将溶剂组份习惯上称为挥发份。但是,现在在其个别的涂料中溶剂能参与漆膜的形成,把这种溶剂通称为反应性溶剂或活性稀释剂