水性涂料成膜助剂分类特点及使用方法

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。

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，