成膜助剂的几点使用经验

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0℃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，对一种乳液有显著降低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℃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著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。

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两个因素：成膜助剂在涂膜中的迁移速度和在空气中的挥发速率。我们比较了同一种漆中分别添加邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和三种成膜助剂，醇酯-12(Texano1)、二丙二醇正丁醚(DPnB)和三丙二醇正丁醚(TPnB )后涂膜硬度随时间的变化，加有DBP的涂膜46d后涂膜硬度几乎没有增长，硬度始终很低有Texanol的46d后硬度低于加醇醚的;分别含有2种醇醚的涂膜硬度增长相对较快，其中DPnB 的硬度展现最快。

有机挥发物含量 (VOC )是涂料界最为关心的问题之一。 各国对VOC的定义各不相同，因而，同一涂料按不同国家的法规判定的VOC会有差别。

    例如：沸点在250℃或更高的成膜助剂按美国环保局(EPA)的法规可能属于VOC之列，但是按中国和澳大利亚的法规显然不能视为VOC;又譬如：聚氨酯分散体合成时常用的溶剂丙酮按美国的法律属于豁免化合物，不算VOC，而按中国和欧盟的法规则认为是VOC。
　　
    助溶剂或成膜助剂在水性树脂合成时常常用来降低水化前的树脂黏度，施工时起到改进水性涂料的流变性能以及改善开放时间的作用，成膜过程中能促进高质量涂膜的形成，在水性涂料中起着相当重要的作用，特别对高玻璃化温度和最低成膜温度高的树脂体系，其用量相当大，可占到树脂固含量的10%-100%，有时甚至更高。绝大多数常用成膜助剂的沸点在250℃以下，属于VOC必须考虑之列。但是，三乙二醇单乙醚(256℃)、三乙二醇单丁醚 (283℃)、三丙二醇单丁醚TPnB(276℃)按中国的标准已排除在VOC范围之外，作为成膜助剂应给予特别的关注，尤其是三丙二醇单丁醚，其挥发速度较前二者快，也比醇酯-12快，可以说既有良好的成膜效果，涂膜硬度展现也快，还不在VOC限制范围之内，采用这种成膜助剂有一举多得之优点。
　　
    现今合成技术的进展已经能在水性树脂合成时做到完全不用助溶剂降黏，得到不含任何VOC溶剂的乳液和分散体。然而，在涂料配制过程中往往不得不添加成膜助剂，特别是对于高玻璃化温度的树脂，不用成膜助剂低温不能成膜。这时选用不在VOC范围之内的成膜助剂有可能制成“零”VOC的水性涂料。
　　
    美国环保局(EPA)列出了50个(类)有机化合物，认为其光化学反应可忽略不计，属于VOC豁免化合物。有些化合物还在申请豁免权，有的已经批准，如醋酸特丁酯(t-BuoAc)现已从VOC中排除。特别要指出的是可作为水性涂料成膜助剂的乙二醇避免了对环境的污染。

 在设计涂料配方时，很重要的一点是考虑到成膜助剂的活性及其在乳液中的分层现象。溶解度参数影响成膜助剂的活性，因为水性乳液是两相体系，主要是水相和聚合物相，成膜助剂在这两相的浓度主要取决于聚合物和溶剂的亲水和亲油的平衡。成膜助剂在两相的分配方式是成膜助剂活性的主要因素，亲油性的成膜助剂主要分数在亲油性的聚合物中，只有少量存在于水中;亲水性的成膜助剂主要分数在水相中，只有少量存在于聚合物中。成膜助剂紧密地参与到成膜过程中，因此其对漆膜的光泽、耐擦洗性、腐蚀性、耐水性、及干燥时间都有影响。
　　
     成膜助剂是水性木器涂料助剂中最为重要的成分之一，直接影响水性木器涂料干燥速度、初期的耐水性、低温施工成膜性以及贮存稳定性等因素，成膜助剂直接决定着聚合物乳胶粒子聚结成完整连续涂膜的程度,进而影响涂膜的长期防腐蚀效果。成膜助剂与水性树脂的搭配是水性木器涂料配方成型的基石。好的成膜助剂是必须具有环境安全、添加量少、干燥快速以及最有效地降低水性树脂的最低成膜温度(MFFT)的特性。实际使用时，常常通过两种或两种以上的成膜助剂来搭配，也可根据成膜助剂在水相中的分配系数和聚合物中的分配系数的不同比例来达到体系的低温成膜性和稳定性的平衡，所以成膜助剂的类型和用量必须要根据体系中水性树脂的类型、最低成膜温度，与体系各成分的相容性以及施工的宽容性来确定，配方设计时要充分考虑到这一点，并且通过试验选取最佳成膜助剂及其用量。成膜助剂与乳液的相容试验结果表明：苯甲醇(BA)、乙二醇丁醚(EB)、丙二醇苯醚(PPH)在苯丙乳液中相容性好，PPH在纯丙乳液外的其他乳液中相容性好，但这几种成膜助剂都要缓慢滴加，否则容易造成絮凝。对于纯丙乳液，加入上述三种成膜助剂都会产生絮凝，易造成破乳。十二碳醇酯在任何一种乳液中的相容性都很好，且添加方式简单，不易造成破乳，对乳液具有普遍性。