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【深涂学会 科普知识】水性涂料配方中,水性树脂的选择对成膜交联固化的影响!

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水性漆树脂成膜固化一般有几个层次上的机理。首先,乳液颗粒的聚集和融合是所有乳液表干都必然经历的机理;然后,水和其他成膜助剂的挥发,使热塑性树脂本身的基本性能得以充分体现,这是固化的第二个阶段;最后,某些乳液在制备时引入交联机理,或在涂料使用时引入交联剂,使成膜的硬度在热塑性树脂的基础上进一步提高。这一步的交联机理会对涂膜的固化速度和程度具有重要的影响。常见的交联机理有氧化交联(如醇酸树脂的交联)、麦克尔加成式交联(如一些自交联乳液体系),及亲核取代式交联(如环氧,聚氨酯体系等)。这些交联反应通常受温度,pH等因素影响,在确定配方时应平衡体系的固化要求与其他性能的关系。为了实现配方的优化,在确定水性漆配方时,通常从以下几个方面对树脂进行选择。

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一、树脂的固含量
通常,乳液的固含量越高,其距离表干临界值就越近,干燥速度就越快。但是固含量过高也会带来一系列的不利因素。表干过快会使涂刷间隔缩短,带来施工上的不便。固含量偏高的乳液,由于树脂颗粒间距小,通常其流变性能较差,对增稠剂也不敏感,使对涂料的喷涂或粉刷性能调节的困难增大。
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二、乳液颗粒大小
乳液的颗粒越小,同样固含量下,颗粒之间的间距就越小,表干临界值就越低,干燥速度就越快。乳液颗粒小,还会带来成膜性好,光泽度高等其他方面的优势。
三、树脂玻璃化转变温度(Tg)
通常情况下,树脂的Tg越高,其最终成膜的性能就越好。然而对于干燥时间来讲,其趋势则基本相反。Tg高的树脂,通常需要在配方时加入较多的成膜助剂,以便高分子在乳液颗粒间的相互渗透,促进成膜质量。而这些成膜助剂则需要足够的时间从体系中挥发,实际上会延长从表干到全干的时间。所以,从这Tg这个因素来讲,干燥时间与成膜性能往往是相悖的。
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四、乳液颗粒的相结构      
这取决于乳液的制备工艺,同样的单体组成可能会形成不同的颗粒相结构。典型的核壳结构就是其中的例子之一。虽然一个乳液不可能所有的颗粒都做成核壳结构,但这个形象的比喻是人们对乳液的成膜性能可以有一个通俗的了解。如果颗粒的壳Tg低,核Tg高,那么该体系成膜助剂需求少,干燥较快,但由于成膜后连续相是低Tg的树脂,漆膜的的硬度则会受到一定影响;相反,颗粒的壳Tg高,则成膜需一定量的助剂,则膜的干燥速度会较前者慢,但干燥后的硬度会比前者高。
五、表面活性剂的种类和用量

常见的乳液在制造工艺中会采用一定的表面活性剂。表面活性剂对乳液颗粒有隔离和保护的作用,在颗粒相互融合的成膜过程中,特别是在初始阶段,即表干时有很大影响。表面活性剂在水和油相中均有一定的溶解度,溶在树脂中的部分其实会起到成膜助剂的作用。不同的表面活性剂,由于其在树脂中的溶解度不同,其成膜剂的作用也会不同。

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