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摘要：研究了不同成膜助劑對水性木器涂料成膜性能的影響。結(jié)果表明：將高低沸點(diǎn)的兩種成膜助劑復(fù)配，能使制得的涂膜綜合性能達(dá)到**，并*終確定二丙二醇甲醚(DPM)與二丙二醇丁醚(DPnB)復(fù)配作為成膜助劑應(yīng)用于水性木器涂料為較優(yōu)的選擇。 隨著國家環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格及人們綠色環(huán)保意識的加強(qiáng)，低污染型的水性木器涂料將具有廣闊的市場前景。水性木器涂料的基本組成有：主成膜物質(zhì)(乳液)、成膜助劑、潤濕劑、消泡劑和填料等。其中成膜助劑又稱為聚結(jié)助劑，它能促進(jìn)乳膠粒子的塑性流動和彈性變形，改善其聚結(jié)性能，使其能在**的施工范圍內(nèi)成膜。(1)成膜助劑必須是聚合物的強(qiáng)溶劑，能有效地降低聚合物的玻璃化溫度，并具有很好的相容性；(2)水中溶解性小，易為乳膠粒子吸附而有良好的聚結(jié)性能，成膜助劑應(yīng)集中分布在乳膠微粒的內(nèi)部和乳膠微粒表面保護(hù)層內(nèi)；(3)適宜的揮發(fā)速度，在成膜前保留在涂膜中，其揮發(fā)速度應(yīng)低于水和乙醇，成膜后須完全揮發(fā)（乳膠微粒能融合成膜的前提是濃度足夠大，粒子之間能夠接觸，即在水蒸發(fā)之后粒子接觸，成膜助劑應(yīng)該留在涂層中促進(jìn)粒子軟化成膜）；(5)安全性，對人和動物無毒害。成膜助劑應(yīng)具有安全環(huán)保、添加量少、干燥速度快以及有效地降低水性乳液的*低成膜溫度等特性。醇醚類溶劑因兼有成膜助劑和共溶劑兩方面的作用，是*適用于水性木器涂料體系的良好溶劑。在水性木器涂料的配方中為了取得較好的成膜效果和較快的干燥速度，一般選擇兩種成膜助劑復(fù)配。 本研究選用水性木器涂料中常用的醇醚溶劑，測試不同成膜助劑對涂膜性能的影響，并確定**的復(fù)配方案。實(shí)驗(yàn)原料：乙二醇單丁醚(BCS)(純度≥98%)、二乙二醇丁醚(BDG)(純度≥98%)、二丙二醇甲醚(DPM)(純度 ≥98%)、二丙二醇丁醚(DPnB)(純度≥98%)，江蘇怡達(dá)化學(xué)股份有限公司；水性丙烯酸乳液(固含量40%，Tg為42 ℃)；去離子水。選用水性木器涂料中*常用的4種醇醚類成膜助劑，分別為乙二醇單丁醚(BCS)、二乙二醇丁醚 (BDG)、二丙二醇甲醚(DPM)、二丙二醇丁醚(DPnB) 進(jìn)行考察，其基本參數(shù)見表1。需注意的是，BCS已被列入“雙高”名錄，限制使用。
將含有1 000 g丙烯酸乳液、0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后同)BYK-346和0.5% BYK-024的基料用300目濾布過濾后，在攪拌條件下，分別加入體系總質(zhì)量2%、4%、 6%、8%和10%的成膜助劑，在泡沫消失后測定涂料樣流體黏度的變化，然后刮膜(厚100 μm)制板，涂膜后在50 ℃條件下干燥1 h，檢測涂膜的光澤度及抗性，結(jié)果如表2～表5所示.
從表2～表5中可以看出，4種成膜助劑對低溫成膜性能的影響由優(yōu)到劣的順序?yàn)椋?/span>DPnB＞BDG＞＞ BCS＞DPM（也就是成膜效率的問題）；對黏度的影響由優(yōu)到劣的順序?yàn)椋?/span>DPM ＞BDG＞BCS＞DPnB；對光澤的影響由優(yōu)到劣的順序?yàn)椋?/span>DPnB＞DPM＞BDG＞BCS；對抗性的影響由優(yōu)到劣的順序?yàn)椋?/span>DPnB≥BDG＞BCS≥DPM。從上述分析結(jié)果可知，DPnB和BDG對乳液溶解能力較強(qiáng)成膜性較好，涂膜光澤度和抗性均較高，但其揮發(fā)速率較慢；而DPM和BCS揮發(fā)速率較快，但低溫成膜性能及抗性較差。單一成膜助劑很難使水性木器涂料各方面的性能都達(dá)到**，因此，考慮成膜助劑的復(fù)配以期得到**的成膜效果。考慮涂膜的物理性能和化學(xué)性能，需要增加疏水慢干成膜助劑的量；考慮涂膜的干燥速度、涂料的黏度，需要使用低沸點(diǎn)的快干成膜助劑；考慮到現(xiàn)場的施工條件、對涂膜的性能要求等，可適量復(fù)配部分高沸點(diǎn)的溶劑。高低沸點(diǎn)成膜助劑復(fù)配使用時，低沸點(diǎn)成膜助劑的揮發(fā)速率和高沸點(diǎn)成膜助劑的溶解能力發(fā)生協(xié)同作用，從而使涂膜有較高的硬度、較好的表面效果以及高的光澤。因此，本研究選擇高低沸點(diǎn)成膜助劑進(jìn)行復(fù)配，考察其在不同基料體系中對涂膜性能的影響。其中，對泡沫的影響是向200 mL量筒中加入100g漆樣，測量體積；干燥時間是指將150 μm厚的涂膜放置在濕度為40%的環(huán)境中于30 ℃條件下干燥所用的表干時間。
表6 復(fù)配成膜助劑對涂膜性能的影響(不含FX1010)從表6可以看出，4種常用醇醚溶劑根據(jù)高低沸點(diǎn)兩兩復(fù)配后，對泡沫的影響差別不大；DPM與 DPnB復(fù)配及BCS與DPnB復(fù)配后的涂膜黏度稍大，干燥速度則較快?？紤]到對人的毒性，乙二醇丁醚已被國家禁止使用，**選擇丙二醇醚及其醚酯類作成膜助劑。因此，成膜助劑DPM與DPnB復(fù)配既能滿足涂膜性能的要求，也更安全環(huán)保。2.4 成膜助劑復(fù)配比例對底漆透明度的影響以水性丙烯酸乳液、0.5% BYK-346及0.5% BYK-024 為基料，成膜助劑用量為體系總質(zhì)量的8%時，將含有成膜助劑m(DPM)∶m(DPnB)＝5∶3和m(DPM)∶m(DPnB) ＝3∶5的水性透明底漆(不含粉體)噴涂3遍，用量為120 g/m2 ，每遍室溫干燥4 h，結(jié)果如表8所示。
從表8可以看出，成膜助劑m(DPM)∶m(DPnB) ＝5∶3時，底漆透明度良好；成膜助劑m(DPM)∶ m(DPnB)＝3∶5時，底漆泛白。要說明的是，成膜助劑的實(shí)際復(fù)配比例及用量需根據(jù)特定的乳液來確定。氣味大小也是評價成膜助劑好壞的指標(biāo)之一。成膜助劑氣味的影響主要有兩個方面：一方面是，施工時揮發(fā)的有機(jī)溶劑散發(fā)的氣味對施工人員的影響；另一方面是，由于干燥時間短，包裝過急等原因，造成封閉空間內(nèi)溶劑濃度過高，開封時溶劑散發(fā)的氣味對消費(fèi)者的影響。因此，本研究對加入不同成膜助劑后的罐內(nèi)氣味和涂膜氣味進(jìn)行了測試，結(jié)果如表9所示。其中，罐內(nèi)氣味是將800 g水性木器涂料裝于1 L 容器內(nèi)，30 ℃溫養(yǎng)，隔夜后的開罐氣味。涂膜氣味是在30 cm×30 cm玻璃板上噴涂涂料，每遍200 g/m2 ，表面干后再次施工，共噴涂3遍，然后在30 ℃條件下干燥1 h后，將涂膜封閉于1 L容器內(nèi)，30 ℃溫養(yǎng)，隔夜后的開蓋氣味。
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