成膜助剂丙二醇苯醚在乳胶漆中的应用（醇酯十二的负面资料）

中国涂料在线 www.coatingol.com 成膜助剂丙二醇苯醚在乳胶漆中的应用 周兆喜 姜艳 王忠宝 唐文涛 ( 辽宁科隆化工实业公司，辽阳 111000) 摘 要：丙二醇苯醚是绿色环保涂料的成膜助剂，对降低涂料的 V 0C 有显著效果。 关键词：绿色；环保；丙二醇苯醚；成膜助剂；乳胶漆 0 成膜助剂的成膜机理 成膜助剂的基本功能是降低乳液及乳胶漆的最低成膜温度，使乳胶漆能在较低温度下涂装。乳液的最低成膜温 度对涂膜的硬度、玻璃化转变温度和低温涂装性能会产生重要的影响。最低成膜温度高，涂膜的硬度和光泽高， 但稍低温度下不能涂装。最低成膜温度太低，低温涂装性能好，但涂膜的玻璃化温度低，高温发软回粘，不耐 污染。 乳胶漆施工后，水分挥发，球形微粒靠近而相互融合形成连续的涂膜因而其成膜过程比溶剂型涂料 复杂。 (1) 充填过程：施工后水分挥发，当乳胶微粒占膜层的 74 ％ ( 体积 ) 时，微粒相互靠近而达到密集的 充填 状态。 (2) 融合过程：水分继续挥发，聚合物微粒表面吸附的保护层破坏，间隙越来越小，直至形成毛细管，发生毛 细作用，毛细管压力高于聚合物微粒的抗 变力，微粒变形，最后凝集，融合成连续的涂膜。 (3) 扩散过程：水分蒸发后，助剂逐渐向涂膜扩散，聚合物分子链相互扩散，涂膜均匀化。 当施工温度低于该乳液的最低成膜温度，则在 融合过程中毛细管压力低于聚合物粒子的抗变形 力，微粒不能 变形，最后不能凝集、融合成连续的涂膜，而成为粉状或颗粒状。 乳胶漆成膜除受温度影响外，还受大气中的湿 度及底材吸水性的影响。 成膜助剂又称成膜助溶剂，能够对乳液中聚合 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，高温涂膜不回粘。理想的成膜助剂应符合以下要求： (1) 成膜助剂应是聚合物的强溶剂，因而能降低 聚合物的玻璃化温度，并有很好的相溶性，否则会影响漆膜的 外观光泽。 (2)在水中的溶解度小，易被乳胶微粒吸附而有 优良的聚结性能。微弱的水溶性，容易被乳胶漆其 它组分所乳 化。 (3) 应具有适宜的挥发速度，在成膜前保留在聚 合物中，成膜后能完全挥发。 可以用作成膜助剂的有机溶剂有很多，成膜助剂在被采用后，将首先在水相和聚合物中 ( 有机相 ) 进行分配， 其成膜效能取决于两相中的分配系数，取决 于该助剂的增效性能，还取决于它的挥发速度。 中国涂料在线 www.coatingol.com (1) 成膜助剂的分配系数 在聚合物及水相中，成膜助剂的浓度是平衡的： D = Cw／ Cp D——分配系数，Cw——水中的浓度，Cp —— 聚 合物中的浓度 当 D 值越低时，水相中所含成膜助剂越少，成 膜助剂效能才能比较显著。 试验表明，氢键作用参数高的成膜助剂在水相中含量高，如丙二醇、乙二醇在水中溶解度大，不能作成膜助剂， 但可用作防冻剂及改进涂刷性。 (2) 成膜助剂的增塑效应 成膜助剂可以看作聚合物的内增塑共聚单体； 成膜助剂的玻璃化温度可用来判定它对聚合物的增 塑性；增塑 聚合物的玻璃化温度 ，与聚合物的及成膜助剂的玻璃化温度 具有加合性。设 V 为增塑聚合物中聚合物的体 积分数，则 1- V 为增塑聚合物中成膜助剂的体积分数，则： 1 ／ T=V ／ T+(1- V) ／ T 以上均是绝对温度。而增塑聚合物的 与 有相应的依赖性，从而可得出成膜助剂的增塑效应，亦即降低成膜助 剂 MFT 效应。 (3) 助剂的挥发速度 成膜助剂在聚合物中挥发速度太快，则对成膜 无助或少助，如挥发太慢，长期存在于涂膜中，则涂膜干性差、 易沾污，且硬度低、不耐擦洗。因此二者必须平衡。 常用的成膜助剂有丙二醇苯醚、甲基苄醇、乙二 醇醚类及其酯、苯甲醇、醇酯-12 聚结剂 (2 ， 2 ， 4- 三甲 基- 1- 3 戊二醇单异丁酸酯 ) 等。也常采用混合体系。 成膜助剂的选择及用量，不单评估其成膜效果，而且对乳胶体系的贮存性能 ( 粘度变化及冻融稳定 性 ) 、湿 膜性能 ( 流平性、抗流挂性及展色性 ) 、干膜性 能 ( 耐擦洗、耐沾污、耐气候 ) 都有影响，宜全面考核。 既然成膜助剂是强溶剂，则应关注它的加人方 式，应防止局部过浓或加入太猛而形成液态凝聚而 破乳。其用 量一般随高聚物的玻璃化温度高低、高聚物的组成、固体分的高低及气候条件而异。成膜 助剂的加入方法有： 直接加入法；预混合加入法；预 乳化加人法；一般采用直接加人法。 1 丙二醇苯醚 (KL — PPH) 的性能 结构式： ，相对分子质量： 152 ． 2 ， 基本参数见表 1 。 表 1 丙二醇苯醚的基本参数 中国涂料在线 www.coatingol.com ，是乙酸乙烯酯、丙烯酸酯、苯乙烯一丙烯酸酯等各类聚合物的强溶剂，水溶性小，对降低涂料的 VOC 效果 显著。它是乳胶漆的专用聚结助剂及溶 剂，低于水的挥发速度，确保它被乳胶微粒完全吸 收，形成优异的连 续涂膜，从而赋予乳胶漆最好的聚结性和展色性，同时具有良好的储存稳定性。丙二醇苯醚沸点高，混溶性好， 对提高涂膜的流平性、光泽、丰满度功效显著。可以替代毒性或气味较大的异佛尔酮、 DBE 、乙二醇醚等。 与普通的成膜助剂 ( 如醇酯-12) 相比，在漆膜 完全成型，相同光泽、流动性、抗流挂性、展色性、耐 擦洗条 件下， KL — PPH 的用量可降低 30 ％ ～ 50 ％左 右，综合成膜效率提高 1 ． 5 ～ 2 倍，生产成本显 著下降。另外，该产品对于颜料的加入，不但具有一定的湿润分散作用，还可以改善乳胶漆中颜料的均匀性 及 稳定性，对于漆膜的耐擦洗性能、冻融稳定性、附着力、机械强度均有一定的推进作用。 KL — PPH 可广泛应用于建筑涂料、高档汽车涂 料及汽车修补涂料、电泳涂料、船舶集装箱涂料、木器涂料、 卷材和卷钢涂料中；还可用于油墨、脱漆剂、 粘合剂、绝缘材料、清洗剂、增塑剂以及用作纺织、印染的环保 载体溶剂等等。 2 丙二醇苯醚的使用方法 丙二醇苯醚的添加量取决于乳液聚合物的硬 度，较硬的应比较软的用量大，才能达到相同的成膜效果。 一 般情况下，纯丙乳液加入量为 3 ． 5 ％ ～ 6 ％ ， 醋丙乳液添加量为 2 ． 5 ％ ～ 4 ． 5 ％ ，苯丙 乳液一般为 2 ％ ～ 4 ％ 。 丙二醇苯醚可在制漆的任何阶段加入，如能分 两次加入，更能充分发挥其作用。在研磨过程加入 1 ／ 2 ，有 助于颜料的润湿和分散，在调漆阶段加入 l ／ 2 ，有助于抑制泡沫产生。 3 应用实例 应用实例见表 2 至表 4 。 表 2 苯丙外墙乳胶漆 eric.xing 高亮 中国涂料在线 www.coatingol.com 表 3 纯丙外墙乳胶漆 表 4 高级内墙乳胶漆 目前许多涂料厂商生产乳胶漆常常选用醇酯 -12(texanal) ，但醇酯 -12 与丙二醇苯醚相比，有许多不足之处， 见表 5 。 eric.xing 高亮 中国涂料在线 www.coatingol.com 表 5 醇酯一 12 与丙二醇苯醚对比 5 结语 随着人们环保意识的增强，丙二醇苯醚作为绿 色环保涂料的成膜助剂，其应用前景会越来越广阔。 eric.xing 高亮