水性涂料成膜助剂分类特点及使用方法.docx

水性涂料成膜助剂的特点及使用方法一、成膜助剂概况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 DBETB、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T, 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、DBETB、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、DBETB、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°C的化学物质沸点超过250°C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、 DBETB、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①POA ）是不饱和的可聚合有ch2=chcooch2ch2o机物，均聚物Tg=33°C，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，如钻盐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五、水性涂料的成膜机理水性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 连续的涂膜水性漆成膜分以下几个过程（一）、颗粒逐渐靠拢填充过程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 水性涂料施工后, 水分逐渐挥发,原先以静电斥力和空间位阻稳定作用而保 持分散状态的聚合物颗粒和颜料、填料颗粒逐渐靠拢，但仍可以自由运动 在该阶段，水份的挥发与单纯水的挥发相似，为恒速挥发二）、颗粒融合过程随着水分的进一步挥发，聚合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，漆膜的体积收缩，当水份挥发将尽时, 其 推动力也将消失，至毛细管经大小时，由于毛细管效能作用，其毛细管压力 高于聚合物微粒的抗变形力，颗粒稳定性破坏并变形，最后凝集、融合成连 续的涂膜。

这一过程是水性漆能否成膜的关键，若乳液聚合物的玻璃化温度 （Tg）较高（为了使涂膜具有良好的机械性能，耐候性和沾污性，Tg值一般不 能太低），在较低环境温度下，就很难变形，从而会使融合过程受阻，导致 不能成膜，这时需要用成膜助剂协助成膜成膜助剂可以使乳胶粒子溶胀变 软，因此，很容易使他们融合在一起形成连续的膜三) 、聚合物链段相互扩散渗透交联成膜过程随着时间的推移, 残留在水中的助剂逐渐向涂膜扩散 , 并使聚合物分 子长链段相互渗透、扩散，缠绕形成具有良好性能的均匀涂膜，随着成膜助 剂从漆膜中逐渐挥发，最后形成理想的性能优异的涂膜六、水性涂料成膜助剂的用法与用量乳液或分散体等聚合物通常具有高于室温的玻璃化温度Tg为了使乳液 粒子很好地融合成为均匀的漆膜，必须使用成膜助剂降低最低成膜温度 (MFFT)乳液的最低成膜温度(MFFT)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，涂膜的硬度高和光泽高，但 在稍低温度时不能涂装；最低成膜温度太低，低温涂装性能虽好，但涂膜玻 璃化温度低，高温发软回粘，耐污性差成膜助剂的基本功能就是降低乳液 以及乳胶漆的最低成膜温度，使水性涂料能在低温下进行涂装。

成膜助剂的加量取决于配方中乳液或水分散体的用量和玻璃化温度Tgo 涂料中乳液或水分散体的用量大以及聚合物的 Tg 高，成膜助剂的用量也要 大，反之用量少配方设计时，首先考虑成膜助剂大约占乳液的或水分散体 的 3%-5%，或占乳液或分散体固体份的 5%-15%成膜助剂的有效性表现在成膜助剂对乳液粒子的成膜效率按乳液固含 量的5%-15%添加成膜助剂，测定MFFT的下降值，将下降值对成膜助剂用 量作图，所得直线的斜率即表示该成膜助剂对给定乳液的成膜效率，其斜率 越大，成膜效率越高显然，成膜效率有乳液树脂的特定性，即表现为对每 种树脂或每一类树脂有效，并且与乳液的初始MFFT有关值得注意的是， 成膜助剂在用量较大时，MFFT的下降往往偏离直线关系，这时要用回归法求 得一个相对最好的斜率值用以比较当一种乳液体系确定后，选用合适的成膜助剂是十分重要的涂料是一 门实践科学，通过大量试验选取最佳成膜助剂，保证水性涂料的低温施工性 十分重要实践表明，水性涂料的MFFT应保证在10°C以下，最好小于5°C, 涂装能形成不开裂、不粉化的均匀漆膜为止，找出成膜助剂的最低用量如 果成膜助剂的用量达乳液或分散体的 15%或者更高是不可取的，应考虑更换 其他成膜助剂再试。

鉴于成膜助剂降低 MFFT 的作用不是万能的，所以对于 Tg过高的乳液，添加大量的成膜助剂也难保证有足够的低温施工性和冻融稳 定性普通乳液和水分散体的Tg不宜大于40C，否则用大量的成膜助剂也 难于将MFFT降至10C以下片面追求高Tg带来高硬度的涂膜是不适宜的， 何况这样做还会因为成膜助剂用量过大产生VOC超标的问题七、成膜助剂的几点使用经验(一) 涂料成膜助剂与最低成膜温度(MFFT)的关系乳胶的最低成膜温度是指乳胶形成不开裂、连续涂膜的最低温度，直至 达到最低成膜温度0C时成膜助剂的用量越少越好成膜助剂的作用类似于 增塑剂，加入成膜助剂后能降低乳液的MFFT,降低的幅度随成膜助剂用量的 增大而增大但是，成膜助剂的用量达到一定程度后 MFFT 几乎不再降低 MFFT下降的幅度还与成膜助剂的种类和乳液类型有关，对一种乳液有显着降 低 MFFT 作用的成膜助剂可能对另一种乳液作用很小，甚至完全不起作用 由此我们认为：① MFFT降低的幅度随成膜助剂用量的增加而增大，但是MFFT降至一定 程度后再多加成膜助剂无济于事，所以应选取效果最好的成膜助剂并且使用 最小用量；② 由于水性体系的特殊性，往往成膜温度最低只能降到0°C左右，此后加大成膜助剂用量成膜温度也不再有明显的下降；③ 对同一种基料，不同的成膜助剂降低MFFT的效果截然不同，有的十 分明显，有的几乎不能降低最低成膜温度；④ 不同类型的基料，同一种成膜助剂效果也完全不一样，在一种乳液体 系中添加少量就有显着效果的成膜助剂在另一种乳液体系中可能作用不明 显，甚至完全无效。

因此，针对特定的水性涂料体系筛选最佳成膜助剂的品 种和用量是非常必要的成膜助剂对降低 MFFT 的效率与其种类有极大的关系，获取相同用量下 具有最低成膜温度和最佳涂膜效果的成膜助剂是配方工作者的重要工作除降低最低成膜温度和提高漆膜致密度外，成膜助剂还能改善施工性 能，增加漆的流平性，延长开放时间，提高漆的贮存稳定性，特别是低温防 冻性二）成膜助剂与涂膜硬度的关系成膜助剂多为分子量较大的高沸点有机化合物，迁移速度慢，挥发速率 低，延长了达到最终硬度的时间在传统涂料中邻苯二甲酸酯类的增塑剂不 能挥发，而是随时间的推移缓慢迁移至漆的表面，带来的问题是涂膜长时间 表现出抗粘连性差和耐划伤性差，并且容易沾尘因此，水性涂料配方中尽 可能不用增塑剂醇酯类成膜助剂一般比醇醚类成膜助剂挥发慢，所以用醇 酯做成膜助剂的涂膜硬度的展现也慢水性涂料成膜后成膜助剂对涂膜硬度 展现的影响主要取决于2个因素：成膜助剂在涂膜中的迁移速度和在空气中 的挥。