西顿前沿 | 成膜助剂在水性涂料中的应用

一、成膜助剂在水性涂料中的应用概述

成膜助剂的概念与功能

1、促进成膜。成膜助剂能够促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形，改善其聚集性能，并促使材料在广泛的施工温度范围内成膜。

2、降低最低成膜温度。成膜助剂可以降低水性涂料的最低成膜温度，使涂料在较低温度下能够形成连续的涂膜。

3、提高涂膜性能。成膜助剂可以提高涂料的耐刷洗性、色彩稳定性和临界颜料体积浓度等性能。

水性涂料的成膜过程

最低成膜温度（MFFT）：乳胶中的高聚物为热塑性，因为成膜需要能量，只有在一定温度下才能融合成膜，它能形成连续涂膜的最低温度成为该乳液的最低成膜温度。

成膜助剂在水性涂料中的重要性

1、影响涂料的稳定性。成膜助剂能够影响涂料的稳定性，如果加入不当可能会导致涂料破乳、结块等问题。

2、决定涂料的性能。成膜助剂决定涂料的性能，如各种耐性、色彩稳定性和临界颜料体积浓度等。

3、影响涂料的成本。成膜助剂的成本相对较高，如果加入量过多可能会导致涂料的成本增加。

二、水性涂料常用溶剂种类与特性

醇类溶剂及其特性

1、乙醇。乙醇是一种常用的醇类溶剂，沸点低，挥发速度快，通常在水性涂料中用于改善漆膜的表干性能和做为稀释剂使用。

2、乙二醇。乙二醇是一种常用的醇类溶剂，在水性涂料中式一种良好的稀释剂和溶剂，也是有良好的保湿性和防冻作用，吸水性更强。

3、丙二醇。丙二醇是一种常用醇类溶剂，具有很好的保湿和防冻作用，能有效的降低漆膜的表干速度和涂料的冰点等。

特性：小分子醇类溶剂在水中溶解度大，氢键作用参数高，吸附聚合物颗粒表面的量较少，易与水同时挥发，成膜效果差。

醇酯类溶剂

醇酯-12。醇酯12有着沸点高，混溶性好，溶解性强，挥发速率适中等特点。这使得它在水性涂料中有着优异的成膜性能，从而对漆膜性能良好的改善。

醇醚类溶剂

1、乙二醇丁醚BCS。BCS有着良好的溶解性和挥发性，在水性涂料中有着良好的助溶性，同时能提高漆膜的流平性能和降低漆膜的表面张力，在一些涂料中还能增强其附着力。

2、二丙二醇甲醚DPM。二丙二醇甲醚PM是一种常用的醇醚类溶剂，具有很好的溶解力和稳定性，能有效的提高涂料的流动性从而提高漆膜的流平性能，同时也有良好的成膜性能以及较小的气味。

3、二丙二醇丁醚DPNB。二丙二醇丁醚在水性涂料中有着优异的成膜效果，能有效的降低树脂的成膜温度，同时能有效的提高树脂的粘度，使得涂料在施工时有着更好的流挂性能。

醇醚酯类溶剂

1、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）。PMA是一种性能优良的工业溶剂，对极性和非极性物质都有很强的溶解能力，PMA具有2个强溶解功能的基团醚键和羟基。前者亲油性后者亲水性，所以在水性涂料常用于开稀异氰酸酯，同时在涂料中也是良好的助溶剂。

2、丙二醇二醋酸酯PGDA。极强的溶解力，一般作为低气味溶剂用于替代PMA。气味低。成分稳定，同时也有良好的成膜性。

3、乙二醇丁醚醋酸酯BGA。BGA是一种高沸点、含多官能基团的二元醇醚酯类溶剂，具有优良的溶解性能，常用于乳胶漆的成膜助剂，挥发速度慢，也可以用于丝网印刷油墨中的溶剂。

三、成膜助剂的选择与性能影响分析

成膜助剂的选择标准与考量因素

成膜助剂的选择标准，理想的成膜助剂应具有下列特性：

1、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；

2、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；

3、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；

4、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。

成膜助剂对涂料性能的影响

1、提高耐性：成膜助剂的加入可使涂膜的耐性呈现迅速地提高，随着加入量的不断增大，耐刷性的增大有所减缓并最终形成一个平台。

2、提高涂料色彩稳定性：对于不含成膜助剂的水性涂料，如果在不同温度下干燥(例如10℃和20℃)，由于不同条件下所成的漆膜，对光的散射和折射的不同将导致形成的涂膜在颜色上产生差异。这一问题可通过加入成膜助剂来避免。

3、提高树脂的临界颜料体积浓度(CPVC)：成膜助剂的加入可提高水性涂料的临界颜料体积浓度，同时作为衡量涂料对颜填料有效粘接能力的粘接指数也有所增加。其原因可能是由于成膜助剂的加入引起颜料润湿性的提高、自由体积的增大以利于提高树脂CPVC。

其他影响：流平、流挂、干速、施工性、渗透性、附着力、消泡等。

不同类型成膜助剂的比较与选用建议

1、醇类成膜助剂。如乙醇、乙二醇、丙二醇、己二醇等，这类成膜助剂具有较好的溶解能力和水溶性，但是一般不建议做为主要的成膜助剂，一般当辅助的助溶剂使用。

2、醇酯类成膜助剂。如十二碳醇酯（即Texanol酯醇或醇酯-12），这类成膜助剂具有优异的成膜性能，能明显改善漆膜性能，广泛应用于建涂，工业等领域。

3、醇醚类成膜助剂。如乙二醇丁醚BCS、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等，这类成膜助剂具有优异的成膜性和良好的挥发性，能够提高涂料的耐性和色彩稳定性，且加入量较小但对涂料的气味有一定影响，一般做为常用的成膜助剂，也是被使用最为广泛的类型。

4、醇醚酯类成膜助剂。如丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）、丙二醇二醋酸酯PGDA等，这类成膜助剂具有极强的溶解性，一般用于水性固化剂的开稀，和部分涂料中的助溶剂使用。

不同类型成膜助剂在树脂中的性能表现

不同类型成膜助剂对硬度的影响

四、成膜助剂的用法与使用

成膜助剂的增塑效应

成膜助剂的增塑效应可测定聚合物吸收量及已知成膜助剂量所引起的软化程度来判定，它与最低成膜温度直接有关，但不能直接用来判定成膜助剂降低成膜温度的能力。

成膜温度是聚合物粒径、交联度、分子量、保护胶体、颗粒的临界堆积、表面活性剂以及内聚能密度的函数：

MFFT：最低成膜温度

K：特定乳胶的一个特性常数

Vp：聚合物的体积分数

Va：成膜助剂的体积分数

Tsp：纯聚合物的玻璃化温度

Tga：成膜助剂的玻璃化温度

αVa：表示与外增塑剂浓度相等的内增塑单体的相当浓度。

成膜助剂的玻璃化温度可用来判定其对聚合物的增塑性

因此，最低成膜温度与玻璃化温度之间就存在一定关系：

成膜助剂的使用量与添加方式

1、用量。根据乳液的MFT和漆的MFT来确定成膜助剂的用量。一般来说，成膜助剂的用量按配方中乳液量考虑，但应根据具体情况进行调整。

2、添加方式。成膜助剂多为溶解性优良的有机溶剂，对乳液有较大的凝聚作用，因而在加入时应注意避免加入高浓度的成膜助剂，因它能使乳胶不稳定甚至破乳。

3、加入时机。成膜助剂应在生产过程的适宜阶段加入，在此阶段易与其他组分混合及乳化，不损害乳液的稳定性。

成膜助剂与其他组分的兼容性考虑

1、与乳液兼容性。成膜助剂应与乳液具有良好的兼容性，能够均匀地分散在乳液中，并且不影响乳液的稳定性。

2、与颜料兼容性。成膜助剂应与颜料具有良好的兼容性，能够均匀地分散在颜料中，并且不影响颜料的性能。

3、与其他助剂兼容性。成膜助剂应与其他助剂具有良好的兼容性，能够均匀地分散在其他助剂中，并且不影响其他助剂的性能。

五、成膜助剂使用的经验分享

涂料成膜助剂与最低成膜温度的关系

成膜助剂的选择。理想的成膜助剂应具有下列特性，成膜助剂的影响，成膜助剂对涂料性能的影响主要包括提高耐刷洗性、提高涂料色彩稳定性、提高树脂的临界颜料体积浓度（CPVC）以及有利于涂膜形成。最低成膜温度是乳胶中的高聚物从玻璃态转变为橡胶态所需的最低温度。成膜助剂可以降低乳液的最低成膜温度，使乳液在较低温度下就能形成连续的涂膜。

成膜助剂对涂膜硬度的影响

1、成膜助剂的硬度效应。成膜助剂可以影响涂膜的硬度。一般来说，加入适量的成膜助剂可以提高涂膜的硬度，但是过量使用成膜助剂会导致涂膜变软。

2、优化策略。为了优化涂膜的硬度，需要选择合适的成膜助剂和调整其用量。此外，还可以通过调整乳液的类型和浓度、加入其他添加剂等方式来改善涂膜的硬度。

3、注意事项。在使用成膜助剂时，需要注意其加入时机和加入方式。一般来说，成膜助剂应该在生产过程的适宜阶段加入，避免加入高浓度的成膜助剂，以免对乳液造成破坏。

成膜助剂与有机挥发物含量VOC的控制

1、成膜助剂的挥发性。成膜助剂应该具有一定的挥发性，以便在涂料干燥过程中逐渐挥发掉，从而减少有机挥发物含量（VOC）。

2、控制VOC的策略。为了降低涂料中的VOC含量，可以选择使用低VOC的成膜助剂、减少成膜助剂的用量、使用其他类型的涂料等。

3、注意事项。在使用成膜助剂时，需要注意其安全性。一般来说，成膜助剂应该是无毒、无害的，并且符合相关的安全标准。

成膜助剂的亲水和亲油值HLB的探讨

1、HLB值的定义。HLB值是指表面活性剂的亲水和亲油平衡值。它反映了表面活性剂在油水界面上的行为特征，如乳化和分散能力等。

2、成膜助剂的HLB值。成膜助剂的HLB值应该在合适的范围内，以便在涂料中起到最佳的效果。例如，某些特定的成膜助剂具有较宽的HLB值范围，可以在不同的涂料中使用。

3、注意事项。在使用成膜助剂时，需要注意其HLB值的选择。一般来说，应该根据涂料的类型和需求来选择合适的HLB值的成膜助剂。