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乳胶涂料的原料匹配对涂料性能有何影响?

时间:2018-5-30 9:52:52 点击:26

  核心提示:1.乳胶涂料的基本组成是什么?各组分在配方中起什么作用? 乳胶涂料的组成比溶剂型涂料要复杂得多,所用原材料高达十余种。但作为基本成分,可以分为基料、颜料和填料、助剂及水四大部分。(1)基料(展色剂)①挥发性成分a.水乳液聚合物的分散介质。b.成膜助剂成膜性的改进、涂膜致密性的改进、涂膜光泽的改进等。...

1.乳胶涂料的基本组成是什么?各组分在配方中起什么作用?

      乳胶涂料的组成比溶剂型涂料要复杂得多,所用原材料高达十余种。但作为基本成分,可以分为基料、颜料和填料、助剂及水四大部分。

(1)基料(展色剂)

①挥发性成分

a.水乳液聚合物的分散介质。

b.成膜助剂成膜性的改进、涂膜致密性的改进、涂膜光泽的改进等。

②不挥发性成分

a.聚合物成膜物质(基料)。

b.增塑剂*调节聚合物的柔韧性。

c.改性剂*涂膜致密性及光泽的改进。

(2)颜料、填料

①着色颜料涂膜的着色。

②体质颜料也称填料,用于涂装性能的调整、涂膜性能的改进及调整,降低成本。

(3)添加剂(助剂)

①分散剂颜料的分散及防止再凝聚。

②润湿剂颜料润湿性的改进。

③消泡剂制造和涂装时消泡。

④防腐剂防止储存中发生腐败。

⑤防霉剂防止涂膜长霉。

⑥增稠剂调节涂料稠度和涂装作业性。

⑦防冻剂*改进冻融稳定性。

③防锈剂*防止涂装金属面(如铁钉头)生锈。

注:带有*号的成分根据需要加入。

2.乳胶涂料的原料匹配对涂料性能有何影响?

    乳胶涂料的性能概括起来可分为涂膜性能、施工性能及储存性能。其中各自包含着许多具体内容。如涂膜性能有初期及长期之分:初期性能包括附着性、遮盖力、光泽、耐水、耐碱、耐洗刷等;长期性能包括保光保色性、耐候性等。施工性能有刷涂性、流平性、流挂性等。

    乳胶涂料的组成成分与涂料性能有直接关系。

    组成乳胶涂料的基料及颜料与基料的配比均与涂料性能有密切的关系。特别是基料中的主要成分乳液与涂膜的全性能有关。

    颜料与涂膜性能也有多方面的关系。关系的大小是由颜料与基料的配比所决定的。

    颜料有着色颜料与体质颜料。着色颜料主要关系到涂膜性能,它与涂膜的遮盖力、着色均匀性、保色性及耐粉化性有密切关系;体质颜料主要关系到涂料施工性,与涂膜的光泽有较密切的关系。

    与上述成分相比,助剂虽然只在较窄的范围内与涂料的性能发生关系,而且用量不大,但只要各种助剂匹配得当,就能显著提高涂料的施工性能及涂膜性能。

3.乳胶涂料的成膜过程与传统的溶剂型涂料相同吗?

     乳胶涂料的成膜过程与传统的溶剂型涂料不同。在溶剂型涂料中,聚合物分子被溶剂所包围和增塑,分子之间被溶剂分开,当溶剂挥发后,聚合物分子就展布于底材上形成完整的涂膜。

    在乳胶涂料中,聚合物以球形颗粒分散于水中,每个颗粒由不同数量的聚合物分子所组成。它是一个非均相体系,当水蒸发后球形颗粒必须经过一系列物理化学过程才能形成完整的涂膜。

4.乳胶涂料的成膜机理是什么?

    聚合物乳液的成膜过程大致可分为颗粒的堆积、颗粒的融结及颗粒的扩散三个过程。

(1)颗粒的堆积当展布于底材上的乳胶涂层干燥时,由于水的蒸发,乳胶颗粒相互接近从而达到最紧密堆积或准最密积状态。此时颗粒之间的空隙则由乳化剂(包括?;そ海?、水溶性盐以及水分子填充于其间,故此过程称之为颗粒的堆积。

(2)颗粒的融结当干燥继续进行时,覆盖于颗粒表面的吸附层被破坏,暴露的聚合物颗粒表面之间直接接触,颗粒发生变形和融结而成连续性薄膜。此过程称为融结过程。

(3)颗粒的扩散在颗粒融结的同时,颗粒之间的空隙或融结颗粒的水溶性物质、成膜助剂等将使聚合物溶解或向聚合物扩散,聚合物表面的链端分子也相互渗透或扩散,从而使薄膜进一步均匀化。此过程称为颗粒的扩散过程。因此,聚合物乳液成膜的推动力有聚合物颗粒-水之间的表面张力Fs、聚合物颗粒之间的毛细管压力F??、聚合物颗粒之间的范德华力Fv、聚合物链端的扩散力Ft。阻碍聚合物乳液成膜的阻力有水合层阻力F。及双电层排斥力Fe。只有当Fs+F。+F:+F>F。+Fe时,聚合物颗粒发生变形、融结才能形成连续涂膜。对乳胶涂料成膜机理的了解,不仅在理论上而且在生产实践中都具有很大的意义。

5.什么是乳胶涂料的颜/基比?

    在乳胶涂料中,基料与颜料是重要的组成部分,在颜料和基料已经确定的情况下,涂膜的结构和物理性能基本上取决于二者之比。

    所谓颜/基比是指颜料分(即颜料和填料)的质量分数对固体基料(树脂,不挥发分)质量分数的比值,通常用P/B来表示。选择恰当的P/B,对确定涂料的原始配方是非常重要的。

6.颜/基比在设计涂料配方时起什么作用?

    颜/基比(P/B)是设计涂料配方时的重要参数之一。

    在研究涂料中颜料和基料间的质量关系时,只需简单的数字运算,在配方的最初设计阶段是非常实用的。在实际应用中,按涂料的P/B来进行内用乳胶涂料、外用乳胶涂料的分类是可行的。通常外用型的P/B为(2.0~4.0):1.0,较为适宜的是3.0:1.0。而内用乳胶涂料P/B在(4.0~7.0):1.0范围内。如为有光乳胶涂料,特别是高光乳胶涂料P/B往往要小于1.0。

    通过P/B可以大概推知涂料的某些性能。P/B高的配方,其性能不适于户外使用,因为外墙涂料要求有良好的耐久性及耐候性,而较少的基料不能在大量颜料、填料粒子周围形成连续涂膜。运用P/B的概念,可以初步设计出各种类型乳胶涂料的配方。

7.什么是颜料体积浓度?

    在进行乳胶涂料配方设计时,往往是以质量分数表示。然而构成乳胶涂料的树脂、颜料和填料及其他固体添加剂,它们的密度差异很大,因此它们在整个涂膜中的体积分数显著不同。而在确定涂料干膜性能时,体积分数比质量分数更为重要。特别是对不同配方的涂料进行性能比较试验时,其体积分数的重要性更为突出。

    颜料体积浓度是涂膜中颜料和填料的体积在涂膜总体积中所占的比例(%),以PVC来表示。

8.什么是临界颜料体积浓度?

     临界颜料体积浓度是指基料聚合物正好覆盖颜料粒子表面并充满颜料粒子堆积空间时的颜料体积浓度,通常CPVC(criticalpigment volume concentration)表示。

9.颜料体积浓度、临界颜料体积浓度在设计涂料配方时起什么作用?

    在对具有不同组成的涂料进行对比试验时,只用颜/基比(P/B)很难说明问题。通过颜料体积浓度(PVC)对试验数据的解释更为科学。因为涂料的许多物理性能与其组成变化有一非常明确的对应关系。在低PVC配制涂料时,颜料粒子分散在基料聚合物的连续相里,形成所谓“海-岛”结构。但随着颜料的增加,PVC超过某一极限值时,基料聚合物就不能将颜料粒子间的空隙完全充满,这些未被填充的空隙就潜藏在涂膜中,因而以该PVC的极限值为界限,涂膜的物理性质开始急剧下降。所以,高性能涂料或外用涂料配方的PVC一般不应超过CPVC,否则涂膜许多物性将受到不利影响。反之,一般性能或内用涂料配方的PVC可超过临界颜料体积浓度(CPVC)。外用涂料的PVC一般为30%~55%,内用涂料的PVC可更大些,一般为45%~70%。为了节省资源和降低成本,高PVC乳胶涂料的研究已成为发展建筑涂料的重要内容之一,故应引起对高PVC涂料的乳液产品的注意。

    了解P/B、PVC的概念并在实践中灵活运用,对设计出科学、合理的乳胶涂料配方是至关重要的。

10.乳液聚合物的硬度对涂膜性能有什么影响?

    一般来说,聚合物乳液是共聚体,以能形成刚性聚合物的单体(硬单体)和形成柔韧聚合物的单体(软单体)搭配在一起共聚而得。乳胶涂料中使用的典型硬单体、软单体如下。

①硬单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、氯乙烯、丙烯腈、乙酸乙烯等。

②软单体如丙烯酸高级烷基酯、顺丁烯二酸和反丁烯二酸的高级烷基酯、高级乙烯基酯、乙烯、丁二烯等。

    柔性乳液聚合物对于成膜性、初期光泽和伸长性等涂膜性能有利,但单体的选择、考虑的方面很多,例如粘结力、颜料结合力、保色性和耐候性等不仅仅是由硬度一个方面支配,故单体的选择必须综合考虑。

    硬性乳液聚合物对涂膜的耐污染性、耐划伤性和保光性有利,但涂膜的耐洗刷性和经济性也是选择单体时要同时考虑的。

    要选择适当硬度的乳液聚合物来保证最终涂膜的耐碱性、耐水性及各种性能。

11.乳液在使用中应注意什么问题?

     乳液是乳胶涂料的基料,在热力学上处于准稳定状态,很多外界因素都可能引起稳定体系的破坏。因此在使用乳液配制涂料时应注意以下几方面的影响因素。

(1)存放期聚合物的使用期限因不同体系而异,一般来讲至少为半年。乳液在较长期放置过程中,由于本身的分解而变质,会使乳液的分散状态和胶体性质发生变化。另外,乳液颗粒表面上吸附的表面活性剂在存放过程中会渗透到聚合物颗粒内部而产生增溶作用,因此表面活性剂在颗粒表面上的吸附浓度降低,从而降低乳液稳定性。再加上乳液颗粒之间由于布朗运动而产生的碰撞,都有可能导致乳液凝聚而破乳。因此在使用中要注意乳液的存放期。超过存放期使用时,要先进行小试,根据试验结果决定能否使用。

(2)电解质影响在聚合物乳液中,加入电解质(Na+、Ca2+等离子的盐类)能中和乳胶粒子表面上的界面电荷,从而降低表面电位,扩散双电层压缩,结果使粒子很容易凝聚在一起。电解质离子越多,影响越大,要注意避免混入此类物质。

(3)气候影响乳液在存放及运输过程中,均应注意保温防冻,冬天不宜放在室外,夏季也应避免曝晒。乳液中的水在0℃以下会结冰,体积膨胀,冰晶会使聚合物粒子受到巨大的压力,从而促使粒子间彼此融合,导致破乳。一般温度越低、冻结越深,破坏速度越快。乳液的存放温度最好在5~30℃。

12.对涂料用乳液的玻璃化转变温度及最低成膜温度有何要求?

    由于乳胶涂料的特殊成膜机理,涂膜是通过粒子的堆积、融结及扩散而形成的。因此乳胶涂料成膜充分与否,将直接影响涂膜性能。如果成膜不充分,将会引起对基材的附着力下降,涂膜龟裂,涂膜的光泽、耐水性、耐久性均下降等弊病。如果乳液聚合物的单体选用适量软单体,则可以克服上述缺点,但涂膜过于柔软,又会带来易污染及易划伤等弊病。乳胶涂料中常用的乳液大多为热塑性的,其聚合物的Tg大都在10~25℃之间,这不能满足建筑涂料施工季节的需要。为了克服上述缺点,一般要求乳液能在5~10℃环境下成膜。

为使乳胶涂料既能在较低气温下融结成膜,而又不使涂膜过于柔软,需要加入一种成膜助剂,在成膜时起增塑剂作用,帮助成膜,成膜后逐渐挥发,使涂膜的力学性能和硬度恢复到原来水平。工,要提高成膜助剂用量才能保证涂膜的形成。但应注意的是,成膜助剂用量并非越大越好,用量过大时,造成水相和溶剂相互不混溶的体系,便会产生絮凝。反而会使成膜性下降,易产生涂膜龟裂、发乌等弊病。

    成膜助剂的加入方式应特别引起注意,不要一次性将成膜助剂全部加入,这样会造成成膜助剂浓度过高产生絮凝。一般是在配制基料时加入,在加入时应避免加入高浓度的成膜助剂,而是应在搅拌条件下缓慢加入乳液中。在加入之前乳液必须中和至pH值在7.0以上,否则易产生凝聚物。成膜助剂加完后,应继续搅拌一段时间,使之均匀分散。总之,正

确地使用成膜助剂,才能保证乳胶涂料的质量。

13.常用于乳胶涂料中的成膜助剂有什么特点?

    Texanol是广泛用于乳胶涂料中的一种醇酯成膜助剂,其学名为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯,简称22413异丁酯或醇酯-12,其分子结构为:

作为成膜助剂,Texanol有如下优点。

(1)高效与大多数其他成膜助剂相比,它有较高的效率,因而用量少。

(2)多功能与乳胶体系有较宽的适用范围,只用一种产品即能满足使用多种成膜助剂的需要。

(3)低的冻结点易于低温运输及储存,冻点为一50℃。

(4)改善涂膜性能当用于乳胶涂料中时,有助于改善涂膜性能,如成膜性、耐候性、展色性、耐擦洗性等均有较大的提高。

(5)环保型对人体健康无不利影响。

    Texanol的用量通常为乳液固体含量的3%~10%,由于其在水中不溶解,因而宜采用预混合或预乳化的方法添加。

    作为成膜助剂可以选用中沸点至高沸点的溶剂,如醇醚、醇酯、二醇类等。

     由于乳液聚合物的种类不同,故必须根据添加效果及成本选用成膜助剂,除此之外还必须考虑其环保性能,因为有些品种对人体健康不利。在实际应用中,往往搭配使用两种或多种成膜助剂。

14.选用成膜助剂时应符合哪些要求?

     成膜助剂品种很多,选用适合各类乳液的成膜助剂时应注意符合下列要求:

①成膜助剂应能明显地降低乳液聚合物的MFT,并与聚合物之间有很好的相容性,有助于光泽的提高;

②成膜助剂应具有中沸点至高沸点,并应有一定的挥发速率,其挥发速率至少应低于水,这样在成膜前成膜助剂能保留在乳胶涂料中,在成膜后逐渐挥发掉;

③成膜助剂应微溶于水或具有一定的水溶性,易为乳液粒子所吸附并能很好地聚结;

④成膜助剂应对人体健康无不利影响,最好使用环保型的

品种。

15.如何正确使用成膜助剂?为什么有时会出现絮凝现象?

    使用成膜助剂时,首先应注意与乳液的配伍性。苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液所用成膜助剂不完全相同,乳液生产厂家一般都有相应的配套助剂。如果生产厂未有配套助剂,则必须通过试验来确定相应的助剂品种。

    成膜助剂的用量对使用效果也是很重要的,用于外墙涂料的苯丙乳液成膜助剂用量通常为8%~10%(指对乳液的总量)。根据气温的变化可进行适当调整,如在夏季温度高时,可酌情少加,但不可不加。在冬季温度低时,特别是在接近初冬不宜施工的季节施工,要提高成膜助剂用量才能保证涂膜的形成。但应注意的是,成膜助剂用量并非越大越好,用量过大时,造成水相和溶剂相互不混溶的体系,便会产生絮凝。反而会使成膜性下降,易产生涂膜龟裂、发乌等弊病。成膜助剂的加入方式应特别引起注意,不要一次性将成膜助剂全部加入,这样会造成成膜助剂浓度过高产生絮凝。一般是在配制基料时加入,在加入时应避免加入高浓度的成膜助剂,而是应在搅拌条件下缓慢加入乳液中。在加入之前乳液必须中和至pH值在7.0以上,否则易产生凝聚物。成膜助剂加完后,应继续搅拌一段时间,使之均匀分散。总之,正确地使用成膜助剂,才能保证乳胶涂料的质量。

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