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新型高效成膜助剂在建筑涂料中的应用
2021年04月09日    阅读量:3158     新闻来源:庄祺钦,王艳;生兴行化学(上海)有限公司    |  投稿

新型高效成膜助剂在建筑涂料中的应用 中网行业信息网

摘要:评测几款新型高效成膜助剂、醇酯十二和醇酯十六在建筑涂料中的应用,以及对成膜相关的性能进行分析,讨论新型高效成膜助剂在建筑涂料中的重要性。


关键词:成膜助剂;建筑涂料;高效;新型


建筑涂料的成膜好坏直接影响漆膜的性能,由于聚合物乳液的特殊性质,其成膜过程和溶剂型涂料截然不同,成膜助剂实际上是添加到乳胶漆中帮助聚合物成膜的高沸点溶剂,由于其溶解作用使粒子表面软化变形,增加了漆膜的自由体积,致使它在较小的作用力下能够致密成膜,成膜完成后又能以适当的速度挥发,以达到漆膜的机械性能和化学性能。添加合适量的成膜助剂,能够有效改善建筑涂料的成膜性能,降低它的最低成膜温度,提高它的耐洗刷性能涂料在线coatingol.com


随着人们对环保的日益重视,以及政府对挥发性有机物(VOCs)排放的严格要求,高效率、净味、高沸点的成膜助剂越来越受到技术人员的青睐。本文将评测几款新型的成膜助剂,并同时对比评测主流成膜助剂醇酯十二和醇酯十六,对它们在建筑涂料中的性能进行综合评估。


01 成膜助剂的成膜机理及分类

建筑涂料的成膜物质都具有较高的玻璃化转化温度Tg,而在现实施工中,又要求涂料具有较低的成膜温度。成膜助剂的加入降低了玻璃化转化温度,使得聚合物能够常温成膜。成膜助剂实际上就是添加到乳液中帮助聚合物成膜的高沸点溶剂。一个有效的成膜助剂必须是乳液聚合物的良好溶剂。


在乳液中,成膜助剂吸附在乳液聚合物的表面,因溶解作用使乳胶颗粒有所软化,从而使粒子变形容易,在较小的作用力下就可以紧密成膜。同时在成膜过程中提供较多的自由体积,使聚合物相互扩散而成膜,从而在较高Tg聚合物中能在添加成膜助剂的情况下,在较低温度下成膜。


目前常见的建筑涂料用成膜助剂有:

1)醇酯类:最常用的传统类成膜助剂。有些具有生殖毒性b类。

2)混合酯类:提供不同梯度的挥发速率,具有高效性。

3)醇醚类:容易对建筑涂料体系造成影响,具有比较强烈的刺激气味。


02 新型高效成膜助剂的应用

主要原料

LOCA® 、LOCA® TS和LOCA® A+,成膜助剂,生兴行化学(上海)有限公司;醇酯十二、醇酯十六,成膜助剂;WH 8239,乳液,万华。


实验配方

1#中PVC基础漆的配方见表1。

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根据乳液MFT的测试结果,1#基础漆添加不同成膜助剂的配方见表2。

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2#高PVC基础漆的配方见表3。

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根据乳液MFT的测试结果,2#基础漆添加不同成膜助剂的配方见表4。

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测试方法

最低成膜温度(MFFT):参照GB/T 9267-2008,在仪器上涂布,使用100μm湿膜制备器制膜,20-25mm宽的条带,等待2h待干燥后,一面形成均一膜,另一面漆膜发白有裂纹,以此来确定MFFT。


摆杆硬度:参照GB/T 1730-2007,在玻璃板上涂布,使用100μm湿膜制备器制膜,在23±2℃,湿度50±5%的条件下养护,并在4H、1d、2d、3d、7d和14d时用Konig摆杆检测硬度。


热储存稳定性:参照GB/T 6753.3-1986,50℃烘箱储存28d,然后取出进行粘度、PH等性能测试。


冻融稳定性:参照GB/T 9268-2008,-5℃存放18H,室温存放6H为1个循环,3个循环后进行粘度、PH等性能测试。


洗刷性:参照GB/T 9266-2009,在无石棉纤维水泥平板,使用线棒2遍涂装(一遍120μm, 一遍8 0 μm),在23±2℃,湿度50±5%的条件下养护7日,使用0.5%洗衣粉溶液作为洗刷介质,洗刷至露底材为止,对同一试样采用两块样板进行平行试验。


展色性:将色浆按2%添加量加入涂料中,用100μm线棒刮在黑白卡纸上,70℃烘烤5min,冷却1min后,再用100μm线棒刮膜,待漆膜近干时候指研40下,在23±2℃,湿度50±5%的条件下放置20min,用色差仪测量,放置一天后,再用色差仪进行测量。


遮盖力:参照GB/T 23981.1-2019,用100μm线棒刮在黑白卡纸上,在23±2℃,湿度50±5%的条件下养护1d,然后用色差仪进行测量。


耐水白:参照GB/T 1733-1993, 用100μm线棒刮在黑白卡纸上,在23±2℃,湿度50±5%的条件下养护4H、1d,然后将漆膜的2/3放置于去离子水中,浸泡4h后取出,用滤纸吸干,目测并记录漆膜情况,并用色差仪测量L值。


气味的评估:对涂料进行涂料罐内气味,热储后的气味,施工气味、干膜气味的评测,不少于20人次的盲测,进行评分,并进行强制排序,然后用数据分析的方法进行数据处理,10分为气味强烈,0分为无味。


03 性能结果与讨论

对乳液成膜温度(MFFT)的影响

加入成膜助剂,能降低乳液的MFFT,成膜助剂的有效性表现在对乳胶粒子的成膜效率,添加相同数量的成膜助剂,MFFT下降的越多,则表示该成膜助剂的成膜效率越高,按照上文对MFF的T测试方法对13种乳液进行成膜效率的测试,乳液添加量见表5,结果见图1,在13种乳液种评估成膜助剂的效率。

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从图2可以看出,成膜助剂对不同乳液的降低温度是不同的,并且与乳液的种类和初始MFFT相关,所以在选定乳液后,需要添加不同量的成膜助剂对MFFT进行测量,以确认该乳液最合适的成膜助剂添加量。


在不同乳液中,成膜助剂的效率趋势是一致的,效率高的成膜助剂,相较于其他成膜助剂,在各个乳液中都具有高效性。


同时从图2可以看出,LOCA®、LOCA® TS和LOCA® A+的效率要高于醇酯十二和醇酯十六,效率高达30%以上。


对挥发性的影响——摆杆硬度

成膜助剂多为分子量较大的高沸点有机混合物,迁移速度慢,挥发速率低。通过Konig摆杆检测成膜助剂在漆膜中的挥发速率,1#配方中,按照上文的摆杆硬度测试法对不同成膜助剂在漆膜中的硬度进行测试,结果见图3。

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从图3可以看出,不同成膜助剂的挥发效率是不同的,与其对应的沸点也没有必然的关系。从漆膜养护1天后来看,醇酯十二的硬度提升最快,挥发性相对更快。从漆膜养护7天后的硬度来看,不同成膜助剂的硬度基本一致,不影响应用性能。


乳胶粒子的结合软化是一个长期的过程,漆膜的干燥、性能的提升也是一个缓慢的过程。相比较而言,较慢的挥发速率能够提供更长的自由体积时间,有助于乳胶颗粒的进一步相互融合。


对涂料稳定性的影响

成膜助剂在乳胶漆中添加量虽然不大,但在涂料中水解等仍会对其产生影响。按照热储存稳定性和冻融稳定性的测试方法,不同成膜助剂对涂料的这两种性能的影响,结果见表6。

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从表6可以看出,进行评测的成膜助剂都不影响其涂料稳定性。


对耐洗刷性的影响

添加相应的成膜助剂对可以柔软乳胶粒子,提高漆膜的机械强度和致密性,从而提高涂膜的耐洗刷性能。按照洗刷性测试法对不同成膜助剂的涂膜进行耐洗刷测试,结果见图4。基于不同成膜助剂的效率不同,成膜助剂的添加量见表7。

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从图4可以看出,不同成膜助剂对耐洗刷性会有影响,这主要是成膜助剂对乳胶粒子的软化,导致漆膜的机械强度和致密性不同造成的。


LOCA®系列成膜助剂的高效性,在建筑涂料内墙体系中,添加醇酯十二添加量的60-70%就可以达到相当的耐洗刷性能。综合挥发速率的因素,越低的PVC配方中,可以节约越多的高效成膜助剂添加量。低PVC配方甚至可以节约50%的成膜助剂添加量。


对展色性及遮盖性的影响

成膜助剂是乳胶漆的重要组成部分,成膜助剂对乳胶粒子的强溶解性可以有效阻止强涡流形成,抑制浮色和发花现象的出现。不同的成膜助剂对树脂粒子的溶解程度是不同的,而这些差别会对涂料的浮色发花和遮盖性有一定的影响。


在1#漆配方中,按照展色性测试,Clariant blue B2G 132CN色浆添加量为0.85%,测试结果见表8。

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按照遮盖力测试,对1#配方和2#配方的测试结果见表9。

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从表5和表6可以看出,不同的成膜助剂对展色性有一定的影响,对遮盖力的影响会小一些。LOCA®和LOCA® TS在展色性上的数据是要略好与醇酯十二和醇酯十六的。


对早期耐水的影响

在我国,将常温下饱和蒸气压大于132.32pa、常压下沸点≤250℃的有机化合物定义为VOCs,所以促使成膜助剂往高沸点发展。越是沸点高的成膜助剂,相对的挥发性就更慢,对早期的漆膜的性能影响也越大。按照GB/T 1733-1993对漆膜的早期耐水进行测试。


样板养护18小时后取出测试,浸水之前,浸水4小时刚取出来后,室温回复24小时后的白度L的数值变化,来表征成膜助剂对乳液耐水性的影响。同组配方中,L越高,耐水性越差;L越低,耐水性越好。具体结果见表10。

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从实验结果来看,现有常规的环保成膜助剂,早期耐水性能差别不大。高效成膜助剂在配方中添加量少就能起到漆膜成膜性好,有利于提高早期耐水性。


对气味的影响

随着生活水平的提高,消费者对建筑涂料的气味要求也越来越高,而影响气味的最主要的因素为乳液、成膜助剂和PH调节剂。在选取一款净味乳液和有机胺后,对不同成膜助剂制成涂料,按照上述气味评估的测试方法评测其罐内气味、施工气味和漆膜气味,结果见图5。

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从图5可以看出,LOCA系列产品的气味都较低,醇酯十二的气味相对比较大,O醇酯十六配方的气味也是比较低的。


04 结 语

成膜助剂在建筑涂料中是非常重要的组成部分,虽然其添加量不是很多,但对漆膜成膜过程中作用很大,直接影响漆膜的性能。随着环保要求的越来越高,国家标准、行业标准和企业标准的逐年提升,高效率、低气味的高性能成膜助剂将是未来的主要发展方向。


通过对醇酯十二、醇酯十六、LOCA®、LOCA® TS和LOCA® A+这5个成膜助剂的评测,可以看出,LOCA®系列的成膜助剂在效率上、气味上等要优于其他成膜助剂。


LOCA®系列的成膜助剂在不同体系配方中具有高效性和通用性,能够节约30-50%的成膜助剂添加量,降低配方成本,并且LOCA®系列可以通过提供差异化的沸点和挥发速率,来满足建筑涂料配方的不同要求,也可以为不同水性涂料体系提供专项解决方案。


标签:原材料涂装应用技术中心涂料助剂
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