乳膠漆成膜助劑揮發(fā)速率

由于對(duì)來(lái)自涂料的揮發(fā)有機(jī)物受規(guī)章限制的增多，由此產(chǎn)生日益增長(zhǎng)發(fā)展的水基系統(tǒng)。很多研究和開發(fā)乳液做成的水基涂料，用于家俱、廚房設(shè)施、塑料、保養(yǎng)和其它工業(yè)應(yīng)用。所有這些，都使用成膜助劑促進(jìn)膜的形成。在施工溫度下，它們降低聚合物的剛性模數(shù)，給予粘性流動(dòng)和熔化乳液粒子。

在某種意義上講，成膜助劑是暫時(shí)的增塑劑， 它可軟化乳液粒子形成膜，然后從膜中蒸發(fā)。已經(jīng)用于這個(gè)目的的一些材料列入表1。

在選擇適當(dāng)?shù)某赡ぶ鷦r(shí)，制定配方必須考慮幾個(gè)因素。其中一個(gè)因素是揮發(fā)速率。凝集乳液成膜的材料能在一個(gè)很大的揮發(fā)速率范圍內(nèi)得到，從揮發(fā)很快的醇醚到揮發(fā)很慢的溶劑，例如Texanol酯醇(2，2，4-三甲基一1，3戊二酵單異丁酯)和二甘醇丁醚醋酸酯，及其它列在表2。

為特殊應(yīng)用挑選一個(gè)成膜助劑，也應(yīng)考慮乳膠漆水的揮發(fā)速率。

在低的濕度水平，按醋酸乙酯值為1，水的揮發(fā)速率是0.3。不過(guò)，水的有效揮發(fā)速率隨著濕度而變化，在65％相對(duì)濕度，水的揮發(fā)速率約0.06。當(dāng)濕度增加，水的有效揮發(fā)速率繼續(xù)降低，直到100％ 相對(duì)濕度時(shí)接近零。

成膜助劑的揮發(fā)速率需要比系統(tǒng)內(nèi)水的揮發(fā)較慢些。并對(duì)空氣的相對(duì)濕度沒(méi)有影響。當(dāng)乳膠漆控制在低濕度條件下施工時(shí)，要應(yīng)用揮發(fā)快的成膜助劑(表3) 。

在這些系統(tǒng)中， 乙二醇丁醚(EB)用作成膜助劑最廣泛。其它也用， 包括乙二醇丙醚(EP)、丙二醇丙醚(PP)和丙二醇丁醚(PB)。

EB宜作為工業(yè)涂料的成膜助劑有幾個(gè)理由。

在一個(gè)典型的工業(yè)應(yīng)用上，EB和其它揮發(fā)快的成膜助劑作比較試驗(yàn)。EB對(duì)乳液粒子有較大的膨脹效能，表示在粘度較快增加，見(jiàn)表4。PB有一些膨脹效能， 丙醚類表現(xiàn)出極小的膨脹效能．乙基各甲基醚類降低了乳液的粘度。

EB也表現(xiàn)出稍多地降低乳液的最低成膜溫度(MFT) (表5)。在這個(gè)試驗(yàn)里，乳液達(dá)到50oF的MFT需要較少的EB。

在二種乳液膜，EB給予的硬化速率比PB快(表6)。在濕度高于65 %時(shí)施工 ，EB 不能很好成膜， 在這些高的濕度時(shí)， 水揮發(fā)比EB慢。形成好的膜所需的足夠濃度。在這條件下，EB比水先揮發(fā)，所以不存在形成好的膜所需的足夠濃度。

當(dāng)這個(gè)發(fā)生時(shí)，必須使用一個(gè)揮發(fā)較慢的成膜助劑。在有些施工時(shí)， 使用揮發(fā)快和慢的成膜助劑的混合物， 由此得到好的成膜能力和快的膜硬化速率。

在選擇一個(gè)成膜助劑時(shí)，要考慮的另一個(gè)因素是它的活性，它是受溶解參數(shù)和在該乳液系統(tǒng)里分配傾向的影響。

在不同種類的材料里，可用來(lái)作為成膜助劑(表7)有一個(gè)很寬的溶解參數(shù)范圍(這里使用的數(shù)值指Hansen總?cè)芙鈪?shù)) 。

根據(jù)不同類溶劑的成膜活性，對(duì)大多數(shù)乳液聚合物**的Hansen溶解參數(shù)看來(lái)似乎是8.5～11.5。脂肪族烴類溶劑(范圍7~ 8)作為成膜助劑無(wú)作用。芳香族烴類和單酯類溶劑在8~9的范圍，在乳液系統(tǒng)是有一些成膜活性。醇醚類、醇醚酯類、雙酯類和酯醇的溶解參數(shù)9—11，對(duì)乳液成膜都有作用。低分子量的二元醇類的溶解參數(shù)在12—14， 無(wú)成膜助劑作用。

決定成膜助劑的活性在乳液分配的方式， 可能是最重要的因素。乳液系統(tǒng)由聚合物和水二部份組成。當(dāng)成膜助劑加入到一個(gè)乳液系統(tǒng)，它就分配在這二個(gè)相，成膜助劑在每個(gè)相的濃度決定于聚合物和該成膜肋劑二者的親油和親水平衡。很憎水性的材料強(qiáng)烈地分配到聚合物相，很少量存在于水相； 很親水性的材料強(qiáng)烈地分配到水相。

表8表示成膜助劑的分配是基于對(duì)三種乳液進(jìn)行試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)。

Toxanol醇酯憎水性強(qiáng)，在三種乳液中，很強(qiáng)烈地分配接聚合物相。選種移向聚合物相的傾向是該酯醇作為一種有效成膜助劑的基本理由之一。二甘醇丁醚(DB)是很親水性的，在聚合物和水相之間分配差不多。DB的溶解參數(shù)表示出它應(yīng)是一個(gè)高效的成膜助劑，可是該材料高的百分?jǐn)?shù)分配在乳液系統(tǒng)的水相， 降低了它的效能。

在選擇成膜助劑，考慮該材料的穩(wěn)定性是重要的(表9)。能得到的成膜助劑有寬范圍官能團(tuán)，并對(duì)大多數(shù)在乳被系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。但是．在PH高的系統(tǒng)，成膜助劑的酯基會(huì)水解，除非用分子中結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)。

表10表示三種不同的成膜助劑在乳膠乳液老化試驗(yàn)的結(jié)果。乳液中含有廣泛便甩的，由結(jié)構(gòu)保護(hù)的酯鏈的酯醇， 顯示出老化中PH無(wú)顯著變化。乳液含沒(méi)有保護(hù)酯類的DBE和DB醋酸酯，在老化試驗(yàn)時(shí)PH顯示出一個(gè)較大變化。

對(duì)PH低的乳膠漆，DB醋酸酯廣泛用作成膜助劑，但不建議用于PH高的乳膠漆，是由于酯基的穩(wěn)定性很差。