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水性柔韧剂在乳胶涂料中的应用
陈培虎1，陈素平1，吴晓天2
(1．深圳海川化工科技有限公司，广东深圳518040；2．科宁油脂化工有限公司，上海200030)
0 前言
建筑物水泥砂浆抹面质量良莠不齐，缺乏韧性变形能力，抹灰砂浆在干燥硬化、温度变化或经受干湿变化的过程中，产生干缩裂缝。裂缝的墙体容易吸收和储存水分，裂缝吸收并储存水分的墙体经历冻融后，裂缝将进一步扩展增大。墙体表面涂布的装饰涂膜具有合适的变形延伸性，裂缝在扩展过程中应力传递到这种具有变形能力的装饰涂膜，应力向涂层处向两边传递，以消弱裂缝处局部区域的附着力来衰减应力，而不撕裂装饰涂层见图1(a)；如果装饰涂层缺乏弹性变形能力，而附着力良好，则应力直接传递到涂层，而撕裂涂层，导致装饰涂层随基层裂缝而开裂见图1(b)。
涂层开裂丧失了装饰和保护功能。因此，涂膜具有弹性或延伸变形能力的涂料在建筑涂饰上广泛得到应用，起到防裂抗渗漏的作用。
我国地域辽阔，气候多样化：南方潮湿、紫外线强烈，日照时间长，环境温度高；北方干燥，温差大。以低玻璃化温度聚合物乳液生产的弹性涂料有良好的变形优点，高温下有软化粘污的缺点，且价格高。本文推荐的这种水性涂膜柔韧助剂，可以实现用高玻璃化普通苯丙或纯丙乳液生产出弹f生涂料，且可在涂料制备阶段添加，也可施工前在工地上添加到合适的普通涂料中搅拌均匀，便获得有良好变形能力的涂膜。这种水性涂膜柔韧助剂不同于普通增塑剂，不会迁移，经受一定时间和较高的温度(夏季40ºC)，仍然具有良好的延伸变形性。并且，它还具有软化聚合物乳胶粒降低其玻璃化温度，其长分子链上的碳碳双键可以与聚合物中的某些官能团反应，镶嵌在聚合物大分子链上，从而实现从液体硬化为固态不会迁移和挥发出涂膜，是一种可反应型的成膜助剂。
1 帮助聚合物乳液助成膜
在众多成膜助剂中，醇酯十二是一种使用比较广泛的成膜助剂，其在介质水中和聚合物乳液颗粒表面保护剂栅栏中分布比例合理，以及其对聚合物的溶胀能力等保证单独使用醇酯十二就可以满足多数聚合物乳液助成膜。相对成膜助剂Texanol(醇酯十二)来说，本文推荐的水性涂膜柔韧助剂可反应而不挥发，二者结构不同，见图2。
水性涂膜柔韧剂为18碳分子链上带有一个不饱和双键聚合物，其疏水的一端分子中，有C=C双键可以与氧和聚合物分子中其它活泼集团反应微交链，而成固态驻扎在涂膜内；涂膜柔韧剂具有一定的助成膜性，对聚合物乳液有一定的溶胀作用，降低它的最低成膜温度，促使聚合物颗粒的溶胀变形和流动，成为长久的涂膜柔韧剂，帮助聚合物成膜获得完整的涂膜。Texanol(醇酯一12)是暂时性柔韧和软化，其离开涂膜后，弹性消失。实验中选择了苯丙、纯丙和醋丙三类乳胶涂料常用的乳液品种，分析了红外官能团，结果表明：水性涂膜柔韧剂和乳液成膜后，有反应发生，在二者混合成膜后，乳液和水性涂膜柔韧剂有部分特征峰消失，而出现了另外新特征峰。实验证明水性涂膜柔韧剂是反应型柔韧剂、也是反应型成膜助剂。
水性涂膜柔韧剂与联碳公司醋丙乳液350A成膜前后红外吸收光谱图见图3。在水性涂膜柔韧剂谱图上2922．53，2 855．40，1 731．74cm 波数特征波在与乳液成膜后消失，350A乳液谱图2 380cm- 波数处特征波成膜后消失。
不同聚合物乳液由于结构不同，水陛涂膜柔韧剂对容胀降f氐玻璃化温度能力不同，对某些聚合物有比较大的溶胀和增塑作用。因此，对不同聚合物有不同添加量。比较涂膜柔韧剂与常用的成膜助剂Texanol(醇酯十二)降低聚合物乳液最低成膜温度的能力见表1。添加15％～20％ (相对乳液量)水性涂膜柔韧剂可以将聚合物乳液的最低成膜温度MFT降到5ºC以下，满足乳胶涂料施工成膜要求。
2 对涂膜弹性和断裂延伸性的贡献
2．1 在普通苯丙乳液高PVC体系，制备具有一定变形能力的涂膜使用BATF普通的30％苯丙乳液RS一998A (1 =27℃，MFT=20~C)制备PVC为46％的乳胶涂料，配方生产未采用其他成膜助剂，使用了不同添加量的涂膜柔韧助剂，测得涂料黏度稳定性见表2、涂膜弹性见表3。
从表2数据显示涂料黏度稳定性比较好，醇酯十二和涂膜柔韧剂对聚合物乳液有一定的溶胀作用，降低聚合物最低成膜温度，帮助成膜，能溶胀乳液的物质对聚合物乳液的稳定性、以及以该聚合物乳液为黏结料的涂料稳定性有一定的影响，涂料黏度增加，最终破乳。在同等条件下，涂膜柔韧剂对乳液的溶胀能力较醇酯十二稍差，所以对涂料黏度稳定性影响不明显，涂料储存黏度稳定性较好。因此，在涂料生产中可以根据施工环境条件，适当考虑醇酯十二和涂膜柔韧剂搭配使用。在以中高PVC较低含量的普通苯丙乳液制备的涂料中，添加适量的水性涂膜柔韧剂获得具有良好延伸率的涂膜见表3。从表3表明它是一性价比较高的弹性涂料，涂膜的延伸性经过80℃高温处理后仍保持良好的弹性延伸率。
2．2 制备弹性涂料
在我国北方地区进行建筑涂装，由于气候条件的影响，涂膜需要具有弹性形变能力，才能在低温下减少开裂，但夏季要求有比较良好的耐污陛，涂膜抗高温回粘f生选用比较高的玻璃化温度乳液。可选择陛能良好的无皂聚合的高玻璃化温度的纯丙乳液，添加适量的涂膜柔韧剂，可以满足涂膜对弹性和耐污性能的要求。如使用40％国民淀粉的无皂聚合的纯丙2800(T =30ºC，M F F T=2 5℃)，制备PVC=35％的普通乳胶涂料，添加了适量的涂膜柔韧剂，未采用其他助成膜物质，制备的弹性涂料，具有良好的性价比见表4。
2．3 改性涂膜韧性
选择两个乳胶涂料：涂料l(30％RS-998A乳液，最低成膜温度MFT=21～23℃，涂料PVC约45％，NVW 约60％)和涂料2(40％296D乳液，PVC约40％)，在成品乳胶涂料中加入5％涂膜柔韧剂搅拌均匀施工。测试涂膜弹性结果见表5。同时测试涂膜较经受高温迁移性和浸泡碱的迁移情况表明：涂膜表面干爽、手感良好。为了获得良好的弹性和良好的回弹性涂膜，在普通的纯丙和苯丙体系涂料中，选择乳液用量在30％以上，最好≥35％的中PVC涂料，然后添加涂膜柔韧剂，添加一定量室温涂膜柔韧剂(通常总涂料量1％～4％)，即可得到满意的弹性。
3 结论
(1)涂膜柔韧剂对聚合物乳液具有一定的助成膜性，可以部分取代成膜助剂，降低涂料的VOC含量；
(2)在30％以上乳液的内外墙涂料中添加不同比例的水性柔韧剂可以得到弹性，在中等PVC40％或以上的乳液涂料体系，添加不同比例的涂膜柔韧剂也可制备成弹性涂料；
(3)水性柔韧剂对聚合物乳液的溶胀作用适当，对涂料稳定性没有影响，可在涂料制备阶段和施工现场直接添加使用，具有良好的相容性和易分散性，加工方式灵活；
(4)水性柔韧剂不同于一般的增塑剂能经受一定的较高温度，仍保持一定的弹性，不会被迁移到涂膜表面，形成粘性物质影响涂膜的耐沾污性。
