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来源：巴斯夫分散体与树脂 2024-03-14 13:53
摘要：水性成膜助剂是水性涂料的重要组成部分，与涂料的最低成膜温度，漆膜性能，涂料稳定性等息息相关。本文将探讨成膜助剂在涂料中的作用及重要性。
常见成膜助剂
那么成膜助剂对涂料性能的影响有哪些呢？本文将从成膜温度、漆膜干燥速度、漆膜外观、漆膜性能四个方面进行阐述。
与最低成膜温度的关系
在水性涂料中，配方工程师一般会关注乳液的两个重要参数：玻璃化温度Tg、最低成膜温度MFFT。
玻璃化温度(Tg)：指无定形聚合物（相对结晶型聚合物而言，包括线形、支链形及交联型聚合物）由高弹态向玻璃态转变时的温度，也是聚合物中大分子链段开始运动的最低温度。
最低成膜温度(MFFT)：指乳液能够形成连续而理想涂膜的最低温度。例如一个MFFT为50℃的水性乳液，在室温条件下如果不使用成膜助剂，乳液中的水分挥发后，将无法实现乳胶粒子的连续成膜，而呈粉状或开裂状的不连续膜。
对于一个水性单相丙烯酸乳液来说，一般情况下：
Tg越高，其MFFT也越高，因此需要较多的成膜助剂，会增加VOC的含量。
Tg较低，虽然低温容易成膜，所需的成膜助剂用量也较少，但漆膜较软，耐沾污较差等。
核壳结构的自交联水性丙烯酸乳液具有多个Tg及自交联单体，硬核软壳可以兼顾低温成膜的需要，又改善了漆膜的硬度和抗粘连等性能。
成膜助剂的种类与用量对乳液的最低成膜温度有明显的影响，如下图所示。
根据上图，对于一个MFFT 为25℃的水性丙烯酸乳液，在加入相同用量的不同成膜助剂后，测得的MFFT值，结果显示：
不同成膜助剂类型降低最低成膜温度的程度不同：DPnB>Texnol>PNB>BG>DBG>DPM
随着成膜助剂用量的增加，MFFT值呈下降趋势，水性涂料的施工温度一般要求在5℃以上。当MFFT到达一定温度，如0℃，此后再增加成膜助剂，最低成膜温度不再有明显的下降。
不同水性乳液对成膜助剂的选择不同，这与乳胶粒子本身的单体类型、亲水亲油性，以及表面张力甚至固化条件等有关，需要对不同成膜助剂进行筛选。
小贴士
亲水型成膜助剂在乳液中较多分布在水相和乳胶粒子的亲水表面。亲油型成膜助剂容易对乳胶粒子进行溶胀，进入乳胶粒子内部，使乳胶粒子体积变大，粘度升高，在成膜阶段帮助乳胶粒子进行表面融合相互缠绕。
一般认为亲油性成膜助剂的成膜效率较高，但亲油型成膜助剂容易造成乳胶粒子破坏，出现稳定性差，甚至破乳现象。
与漆膜干燥速度的关系
漆膜干燥速度的影响因素
温度、湿度、风速
由于水的蒸发潜热大，水性涂料中稀释剂水的挥发会受湿度、温度的影响，因此水性涂料的干燥速度应综合考虑温度、湿度、风速的影响。
水分、成膜助剂的挥发、交联反应基团
由水性涂料的成膜机理可知，在水分挥发过程中，毛细管作用力使乳胶粒子相互靠近、变形、相互堆积，成膜助剂使乳胶粒子软化、Tg降低、乳胶粒子相互缠绕、相互溶解，甚至交联反应等最终形成连续的漆膜。
在此过程中，水分、成膜助剂的挥发和交联反应基团都会影响漆膜的干燥速度。
成膜助剂常被称为临时的增塑剂，在漆膜成膜过程中及成膜后，从漆膜中溢出。以上述成膜助剂为例：
Texnol的挥发速度最慢，在水性自干丙烯酸涂料中会较长的残留，对实干影响较大；
PM、乙醇等挥发速度快，在某些施工应用中，为提高干燥速度选择在施工时加入，但这种操作对涂料的耐溶剂性要求较高，风险较大，容易出现相容性差，颗粒反粗等问题。
应用实践
在对表面外观要求如流平性较高的涂层体系中，需要表干慢、实干快，通过加入适当的成膜助剂可以提高漆膜的开放时间，提高流平性。
在水性涂料中，为了调整干燥速度，往往会将快干慢干（亲水型/疏水型）成膜助剂混搭使用。
与漆膜外观的关系
水性涂料的润湿剂可以起到降低表面张力、提高润湿流平的作用。不同的成膜助剂也会影响漆膜的表面张力。
一些研究表明：
亲水型成膜助剂（如DPM、PM、 BCS）在水性体系中主要分布在水相，对水性涂料的表面张力影响比较大，对涂料的粘度具有一定的稀释作用。在具有一定降低表面张力作用的同时，加入量过多会引起稳泡或者缩边的现象。
以下是加入等量的不同成膜助剂后，对清漆漆膜表面外观的影响。
由于一些亲油性成膜助剂对乳胶粒子的溶胀较为严重，容易造成破乳等现象，在成膜助剂的加入时可以选择较为温和的加入方式，如成膜助剂与水、润湿剂、pH调节剂等预混合均匀后搅拌状态下缓慢加入。
与漆膜性能的关系
除了漆膜外观，成膜助剂对漆膜的性能也具有一定影响，如硬度、耐水性、耐盐雾性能等。
硬度
下图为不同成膜助剂对漆膜的硬度建立的影响，可以发现，挥发速度较快的成膜助剂对硬度的发展有利。
耐水性、耐盐雾性
不同成膜助剂及混拼对漆膜耐水性有影响，一般认为成膜助剂的亲水性越强，对漆膜的早期耐水性和漆膜的耐盐雾性能影响就越大，而疏水性成膜助剂对漆膜的早期耐水性影响较小。
