乳膠漆成膜助劑揮發速率

由于對來自涂料的揮發有機物受規章限制的增多，由此產生日益增長發展的水基系統。很多研究和開發乳液做成的水基涂料，用于家俱、廚房設施、塑料、保養和其它工業應用。所有這些，都使用成膜助劑促進膜的形成。在施工溫度下，它們降低聚合物的剛性模數，給予粘性流動和熔化乳液粒子。

在某種意義上講，成膜助劑是暫時的增塑劑， 它可軟化乳液粒子形成膜，然后從膜中蒸發。已經用于這個目的的一些材料列入表1。

在選擇適當的成膜助劑時，制定配方必須考慮幾個因素。其中一個因素是揮發速率。凝集乳液成膜的材料能在一個很大的揮發速率范圍內得到，從揮發很快的醇醚到揮發很慢的溶劑，例如Texanol酯醇(2，2，4-三甲基一1，3戊二酵單異丁酯)和二甘醇丁醚醋酸酯，及其它列在表2。

為特殊應用挑選一個成膜助劑，也應考慮乳膠漆水的揮發速率。

在低的濕度水平，按醋酸乙酯值為1，水的揮發速率是0.3。不過，水的有效揮發速率隨著濕度而變化，在65％相對濕度，水的揮發速率約0.06。當濕度增加，水的有效揮發速率繼續降低，直到100％ 相對濕度時接近零。

成膜助劑的揮發速率需要比系統內水的揮發較慢些。并對空氣的相對濕度沒有影響。當乳膠漆控制在低濕度條件下施工時，要應用揮發快的成膜助劑(表3) 。

在這些系統中， 乙二醇丁醚(EB)用作成膜助劑最廣泛。其它也用， 包括乙二醇丙醚(EP)、丙二醇丙醚(PP)和丙二醇丁醚(PB)。

EB宜作為工業涂料的成膜助劑有幾個理由。

在一個典型的工業應用上，EB和其它揮發快的成膜助劑作比較試驗。EB對乳液粒子有較大的膨脹效能，表示在粘度較快增加，見表4。PB有一些膨脹效能， 丙醚類表現出極小的膨脹效能．乙基各甲基醚類降低了乳液的粘度。

EB也表現出稍多地降低乳液的最低成膜溫度(MFT) (表5)。在這個試驗里，乳液達到50oF的MFT需要較少的EB。

在二種乳液膜，EB給予的硬化速率比PB快(表6)。在濕度高于65 %時施工 ，EB 不能很好成膜， 在這些高的濕度時， 水揮發比EB慢。形成好的膜所需的足夠濃度。在這條件下，EB比水先揮發，所以不存在形成好的膜所需的足夠濃度。

當這個發生時，必須使用一個揮發較慢的成膜助劑。在有些施工時， 使用揮發快和慢的成膜助劑的混合物， 由此得到好的成膜能力和快的膜硬化速率。

在選擇一個成膜助劑時，要考慮的另一個因素是它的活性，它是受溶解參數和在該乳液系統里分配傾向的影響。

在不同種類的材料里，可用來作為成膜助劑(表7)有一個很寬的溶解參數范圍(這里使用的數值指Hansen總溶解參數) 。

根據不同類溶劑的成膜活性，對大多數乳液聚合物**的Hansen溶解參數看來似乎是8.5～11.5。脂肪族烴類溶劑(范圍7~ 8)作為成膜助劑無作用。芳香族烴類和單酯類溶劑在8~9的范圍，在乳液系統是有一些成膜活性。醇醚類、醇醚酯類、雙酯類和酯醇的溶解參數9—11，對乳液成膜都有作用。低分子量的二元醇類的溶解參數在12—14， 無成膜助劑作用。

決定成膜助劑的活性在乳液分配的方式， 可能是最重要的因素。乳液系統由聚合物和水二部份組成。當成膜助劑加入到一個乳液系統，它就分配在這二個相，成膜助劑在每個相的濃度決定于聚合物和該成膜肋劑二者的親油和親水平衡。很憎水性的材料強烈地分配到聚合物相，很少量存在于水相； 很親水性的材料強烈地分配到水相。

表8表示成膜助劑的分配是基于對三種乳液進行試驗得到的數據。

Toxanol醇酯憎水性強，在三種乳液中，很強烈地分配接聚合物相。選種移向聚合物相的傾向是該酯醇作為一種有效成膜助劑的基本理由之一。二甘醇丁醚(DB)是很親水性的，在聚合物和水相之間分配差不多。DB的溶解參數表示出它應是一個高效的成膜助劑，可是該材料高的百分數分配在乳液系統的水相， 降低了它的效能。

在選擇成膜助劑，考慮該材料的穩定性是重要的(表9)。能得到的成膜助劑有寬范圍官能團，并對大多數在乳被系統是不穩定的。但是．在PH高的系統，成膜助劑的酯基會水解，除非用分子中結構來保護。

表10表示三種不同的成膜助劑在乳膠乳液老化試驗的結果。乳液中含有廣泛便甩的，由結構保護的酯鏈的酯醇， 顯示出老化中PH無顯著變化。乳液含沒有保護酯類的DBE和DB醋酸酯，在老化試驗時PH顯示出一個較大變化。

對PH低的乳膠漆，DB醋酸酯廣泛用作成膜助劑，但不建議用于PH高的乳膠漆，是由于酯基的穩定性很差。