李桂林
(中化建常州涂料化工
研究院,江苏常州213016) 慧聪涂料网讯：
摘要：成膜物的成膜方式多样化为研究涂料成膜机理和预测性能开创了新思路。按涂料成膜机理分述环境友好涂料示例，展示出涂料配方
设计的综合概括性、理论指导性、实践可行性和系统规律性。聚合物粒子凝聚成膜涂料配方设计的主要内容包括涂料配方设计原则、涂料组成的确定和涂料示例等。 关键词：成膜方式;聚合物粒子凝聚;配方设计;涂料示例
1成膜物的成膜方式与特征
不同形态和组成的涂料有其各自的成膜机理，成膜机理是由涂料所用成膜物性质决定的。根据成膜机理，确定涂料制造、贮存和涂装方式。涂料的成膜方式(成膜物固化反应机理)可分为两类：由非转化型成膜物质组成的涂料以物理方式成膜;由转化型成膜物质组成的涂料以
化学方式成膜。现代涂料多数不是以一种单一方式成膜，而是通过两种或两种以上的方式最终形成涂膜。成膜物的成膜方式多样化为研究成膜物的成膜机理和涂料性能的可设计性拓展了深入探讨的空间。涂料配方设计者正努力探寻各种不同成膜方式所需要的不同成膜条件，不断提升成膜效率和涂膜品质。成膜物固化反应机理是涂料配方设计的基本依据和基础理论。非转化型成膜物是通过溶剂或分散介质的挥发、聚合物粒子凝聚等方式成膜;转化型成膜物主要通过自动氧化聚合反应、自由基引发聚合反应、能量引发聚合反应、催化聚合反应、氢转移聚合(加成)反应和缩聚反应等方式达到交联固化成膜之目的。水性涂料也通过物理成膜和化学成膜类型形成所需要的涂膜。
2聚合物粒子凝聚成膜涂料组分
2.1涂料配方设计原则
聚合物粒子凝聚成膜涂料配方设计的切入点是提供有利于涂料贮存、涂装及聚结成膜的主客观条件，合理地选择涂料各基元组分。涂料配方设计的针对性原则如下。
(1)制定配方设计方案和应用技术指标：涂料配方设计者在明确涂料应用性能和应用目的
前提下，第一，提出包括技术路线、试验方法和检测手段等内容的涂料配方设计方案;第二，确定可供考证的应用技术指标，既防止应用技术指标定得过高，又兼顾涂料性能平衡，不能顾此失彼，避免盲目性;既关注重点应用性能指标创新，又满足基本应用性能稳定，做到留有余地，确定涂料性能与价格比的最佳交点;第三，不同应用目的的涂料应确定不同的设计方案和技术指标，如内墙涂料、外墙涂料、耐候性涂料、防腐蚀涂料和木器涂料等品种，其应用目的和服役环境各不相同。涂料配方设计者应根据所选用基元组分类型、结构特性，运用基本理论、基础知识和实践经验，确定不同的涂料配方设计方案和应用技术指标，达到创新理念，提升涂料品质和拓展应用领域之效果。
无心磨床调机方法 (2)掌握无取向硅钢合成树脂
乳液的特性与作用：合成树脂乳液是乳胶涂料的核心成膜物。热塑性醋酸乙烯系聚合物乳液、丙烯酸系共聚物乳液、聚氨酯类乳液、含硅聚合物乳液和含氟聚合物乳液等都是聚合物粒子凝聚成膜涂料的基料，它们的分子结构、特性及形成涂膜功效各异。涂料配方设计者要依据涂料的应用要求与应用环境，有针对性地选用合成树脂乳液。聚合物乳液粒子以固体微粒形式分散在水中，并借助乳化剂处于稳定状态，因此保证乳胶涂料中乳液的稳定分散状态是涂料配方设计中的重要环节;大多数聚合物乳液是线型__热塑性聚合物，其涂膜受热软化、遇冷变硬，可采用常温交联型乳液，提升涂膜的抗冷热性、屋顶融雪装置
耐沾污性和抗粘连性;通常聚合物乳液粒子的Tg较高，在较低温度下粒子变形很难，融合成膜过程受阻，必须添加成膜助剂降低聚合物乳液的MFT，协助粒子变形融合聚结成膜。
(3)确定助剂体系：助剂是聚合物粒子凝聚成膜的重要组成部分之一，对涂料制造、产品质量、贮存性、涂装和应用性能等都具有不可忽视的效能。涂料配方设计者应全面掌握润湿分散剂、消泡剂、增稠剂、成膜助剂、冻融稳定性、防腐(防霉)剂、pH值调节剂等助剂的分子结构特点、应用特性、用量范围。利用助剂的敏感性、选择性、凸显效应、协同效应和特性叠加效应，确定科学合理的助剂体系。首先，充分展示助剂的5种特性，避免助剂体系产生负面效应，选用有效的助剂体系模结构;其次，深入研究助剂与涂料组分间的相互制约、相互交融的效果，设计出品质优良的涂料产品。实践表明：聚合物粒子凝聚成膜涂料新的助剂体系确定对助剂应用理念创新和涂料产品创新起着突破性作用。
(4)配方参数：配方参数是涂料性能的基本保障条件。经试验考证的涂料配方应确定其应用领域、应用环境、施工方法、黏度、体积固体分(或质量固体分)、颜填料体积分数(φp或PVC)、细度、密度和pH值等配方参数。
覆盖膜 2.2涂料组分选择
2.2.1合成树脂乳液的选择
苯丙乳液具备纯丙乳液的许多优点，如附着力较好、抗粉化性、通用性和适用性较强，成本比纯丙乳液低，是内外墙乳胶涂料较普遍采用的乳液品种。但是在应用中，苯丙乳液也暴露出其耐水性、耐擦洗性和耐候性等方面的缺陷。利用有机硅改性苯丙乳液，可提升耐久性、耐候性、保光性、耐水性和弹性。随着乳液聚合技术的不断更新，无皂乳液聚合技术、核壳乳液聚合技术和反应性交联技术等取得长足进步，使聚合物粒子形成的涂膜的硬度、耐磨性、耐候性、耐沾污性和附着力等明显改善。含氟树脂乳液的问世使乳胶涂料的耐候性明显提升，涂膜应用寿命延长。在乳胶涂料配方设计时，应注意如下选择乳液的方法;①内墙乳胶涂料的乳液：可选用苯丙乳液、醋丙乳液、零VOC乳液和醋酸乙烯-乙烯共聚物乳液等;②外墙乳胶涂料的乳液：可选用硅丙乳液，纯丙乳液、苯丙乳液、含氟树脂乳液等。目前，性价比易被用户接受的是苯丙乳液;③专用乳胶涂料：近年来，专用乳胶涂料发展迅速，不断拓展应用新领域。如弹性建筑乳胶涂料选用低Tg聚合物弹性乳液，木器涂料选用水性聚氨酯分散体等，金属防锈(防腐)乳胶涂料选用苯丙乳液和环氧改性丙烯酸酯乳液等，卷材用乳胶涂料选用氨基丙烯酸系乳液。乳液的玻璃化温度(Tg)、最低成膜温度(MFT)、平均粒径、粒径分布、分子组成和稳定性等质量指标对乳胶涂料性能起关键性
作用，是选择乳液时应了解掌握的基本依据。
2.2.2颜填料的选用
①内、外墙乳胶漆用颜填料：通常，内墙乳胶漆可选择二氧化钛、高岭土、方解石粉、滑石粉、硅酸铝、碳酸钙和重晶石粉等作颜填料，采用各种浆调配乳胶漆颜。功能性乳胶漆中，还需选用适宜的助剂及颜料。如膨胀型内墙防火涂料，应选用磷酸二氢铵和有机磷酸酯等作脱水成炭催化剂、和淀粉等作成炭剂、氨和卤化氢等作发泡剂、溴化物和卤代有机磷酸酯等作防火添加剂(值得注意的是：氯化石蜡可以起到发泡剂、成炭剂和阻燃防火添加剂的三重作用;多聚磷酸铵可以作脱水成炭催化剂、发泡剂和阻燃刘)、其他助剂、二氧化钛和铁黄等作颜料。外墙乳胶漆可选择二氧化钛、重质碳酸钙、滑石粉、云母粉、各种颜的浆、硅酸铝、黏土和氧化锌等颜填料。应将不同粒径分布的填料复配使用，以取得更好的应用效果。对于耐候性的外墙乳胶漆，应选用耐候性优异的颜填料品种。
②耐酸雨外墙涂料用颜填料：耐酸雨外墙涂料配方设计时，既要保证涂膜的良好装饰性，又要关注耐酸雨、防沾污和耐候性。可选用金红石型二氧化钛作颜料，提高涂膜的抗
紫外线能力、耐候性、抗粉化性和遮盖力。选用重晶石粉，其吸油量小，与涂料其他组分匹配性好，可提升涂膜硬度和耐酸性。选用绢云母粉多功能填料，其结构与作用如下：绢云母粉粒子呈微细磷片状，透明，高亮度，富弹性，难溶于酸、碱。在涂膜中由细到粗重叠，相互填充，可增大涂膜的致密性和屏蔽紫外线的功能，从而增大涂膜的耐老化性、耐候性、耐水性和耐洗刷性。还可选用硅灰石粉、滑石粉和石棉粉等作为耐酸雨涂料的填料。
③防锈防腐乳胶涂料用颜填料：防锈防腐乳胶涂料用颜料的选用原则与溶剂型防锈腐涂料基本相同。经常选用的颜填料有二氧化钛、铁红、重晶石粉、磷酸锌、K-白、锌黄、滑石粉、陶土、沉淀硫酸钡、氧化锌、磷硅酸钙锶、钙离子交换二氧化硅、硅-铝陶瓷球和硅灰石粉等。选择防锈防腐乳胶涂料颜填料时，应合理运用颜填料复配技术，确定优良的颜填料复合体系。如在设计底面合一的水性带锈防锈涂料时，颜填料的复合体系为K-白∶磷酸锌∶氧化锌∶滑石粉∶沉淀硫酸钡∶着颜料=10.0∶5.0∶1.0∶2.0∶2.0∶适量(质量比)。另外，采用有效的活性和惰性防锈颜料是配方设计的关键因素，尤其是活性防锈颜料与惰性防锈颜料品种的选择和匹配显得更为重要。
④耐候性外墙涂料用颜填料：耐候性优异的水性氟碳涂料对颜填料的要求很高，应确保颜填料具有良好的耐候性和稳定性，因此着颜料要选用耐光保性好、不溶解、耐蚀性优的颜料、应尽量用无机系列产品，如金红石型二氧化钛，具有优良的耐候性和耐光保性等。填料也要选用耐光保、不溶解、耐酸碱性优的品种，如云母粉，有优异的耐热、耐酸、耐碱、耐候等性能，同时云母的片状结构能防止紫外线和水的穿透，涂膜具有防介质渗透、防止龟裂、推迟粉化等作用;沉淀硫酸钡和硅灰石粉等填料具有优良的耐候性和稳定性，吸油量小，用量调整空间较大。
在设计耐候性优异的水性氟碳涂料时，根据颜填料特性确定其品种后，更重要的是利用复配改性技术，选择适宜的颜填料复合体系，充分展现涂膜的耐候性和应用效果。
2.2.3水和助溶剂
水是乳胶粒子和颜填料的分散介质，占乳液总量的50%左右，约占乳胶涂料的35%～50%。乳胶涂料的助溶剂可起4种作用：一是调节水挥发速率，防止涂膜出现接痕;二是与成膜助剂产生协同效应，促进乳胶涂料成膜;三是降低乳胶涂料的冰点，起防冻剂作用;四是降低水的表面张力，提高对颜填料和基材的润湿能力。助溶剂能软化或溶解乳胶粒子，对
乳胶涂料黏度有调节作用。二醇类助剂会降低缔合型增稠剂的增稠效果。助溶剂的功能与许多因素有关，如极性、HLB值和挥发速率等，与其在乳胶漆中所处的位置紧密相关。如果较取向于在水中，则较多地表现为流变助剂、防冻剂、干燥调节剂和湿润剂的作用;如果较取向于在聚合物粒子中，则较多地表现成膜助剂的作用。
2.2.4助剂
选择助剂时，应特别注意发挥助剂的正面效应，展示事半功倍的效果;应避免助剂的负面效应，不要损害涂料性能;严格控制助剂用量，如润湿分散剂可选用千分之几。若过量，导致涂膜耐水性下降;充分利用助剂匹配技术。
3涂料配方示例
(1)白外墙硅丙乳胶漆：外墙硅丙乳胶漆参考配方见表1。
表1白外墙硅丙乳胶漆参考配方
聚合物粒子凝聚成膜涂料配方设计内容
(2)含氟聚合物乳胶涂料：含氟聚合物乳胶涂料是以热塑性含氟聚合物乳液为基料的乳胶涂料，也称水性氟碳涂料或含氟乳胶涂料。主要用于外墙装饰的装饰石材、玻璃幕墙、外墙饰面砖、各种饰面板材、建筑防护等领域。含氟乳胶涂料形成涂膜的耐候性、耐沾污、耐溶剂、耐酸碱、疏水等特性广泛受到关注和青睐。
智能支付①含氟乳胶涂料参考配方见表2。
②含氟乳胶涂料性能指标，见表3。
(3)水性带锈防锈涂料：采用苯丙乳液及纯丙乳液作复合基料，加入颜填料和助剂制成底面合一的水性带锈防锈涂料。
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