乳胶漆的成膜机理概述与分析
乳胶漆成膜原理
乳胶漆成膜原理
乳胶漆成膜原理是指乳胶漆在施涂时液体状，经过干燥后形成具有一定厚度的膜状涂层。
乳胶漆的成膜原理主要包括聚合、溶剂挥发和乳胶微粒聚结三个过程。
首先是聚合过程。
乳胶漆中的聚合物通过交联、共聚、环化等反应方式发生聚合，形成长链大分子结构。
乳胶漆中聚合物的选择对漆膜的性能具有重要影响，不同类型的聚合物可以使乳胶漆具有不同的性能，如耐候性、柔韧性和耐久性等。
其次是溶剂挥发过程。
乳胶漆中会添加一定量的溶剂，如水和有机溶剂等，用于将乳胶液稀释成施涂时的适宜粘度。
在施涂乳胶漆时，涂层中的溶剂会逐渐挥发，导致乳胶液中聚合物浓度的增加，从而促进聚合反应的进行。
最后是乳胶微粒聚结过程。
乳胶漆中的聚合物以微小的粒子形式存在，这些粒子被稳定剂所包覆，防止粒子之间的相互结合。
在溶剂挥发过程中，溶剂的挥发使得聚合物微粒之间的距离逐渐缩小，稳定剂的作用也逐渐减弱。
当溶剂挥发完全后，聚合物微粒之间的相互吸引力会增强，导致微粒的相互聚结，形成致密的漆膜。
综上所述，乳胶漆成膜的原理是聚合、溶剂挥发和乳胶微粒聚结的综合作用。
这些过程使得乳胶漆在施涂后能形成均匀、平整的漆膜，提供保护和装饰作用。
乳胶漆漆面机理
乳胶漆漆面机理
乳胶漆是一种常见的涂料，其漆面质量对于装饰效果和使用寿命至关重要。
以下是乳胶漆漆面的主要机理：
1. 成膜过程：乳胶漆中的成膜物质会在涂刷后逐渐干燥，形成一层连续的膜层。
这层膜具有一定的弹性和韧性，能够保护墙面不受外界因素的侵害。
2. 颜料的分散：乳胶漆中的颜料在涂刷后均匀分散在漆膜中，赋予墙面所需的色彩和遮盖力。
颜料的分散程度直接影响涂料的装饰效果。
3. 流平性：乳胶漆在干燥过程中会经历流平阶段，即漆面逐渐由粗糙变得光滑。
流平性的好坏决定了最终漆面的平整度和光泽度。
4. 抗划伤性：乳胶漆漆面具有一定的抗划伤性，能够抵抗常见的摩擦和刮伤。
这有助于保持墙面的持久美观。
5. 耐候性：乳胶漆能够应对不同的气候和环境条件，如紫外线、湿度等。
耐候性好的乳胶漆能够保持较长时间的装饰效果和使用寿命。
通过了解乳胶漆漆面的机理，我们可以更好地选择和使用适合的乳胶漆，以达到所需的装饰效果和使用要求。
同时，也需要注意选择质量可靠的产品，以确保涂刷质量和安全。
乳胶漆的成膜机理概述与分析
乳胶漆的成膜机理概述与分析中国油漆网讯/对于乳胶漆的成膜机理, 有多种说法, 还没取得一致的结论, 目前尚在形成发展之中。
但是不断深化对乳胶漆成膜机理的了解, 对乳胶漆的研究开发、生产和施工应用具有重要的意义。
1 乳胶漆的成膜过程[1]乳胶漆的成膜是一个从分散着聚合物颗粒和颜、填料颗粒相互聚结成为整体涂膜的过程。
该过程大致分为三个阶段: 初期、中期和后期。
1.1 初期乳胶漆施工后, 随着水份逐渐挥发, 原先以静电斥力和空间位阻稳定作用而保持分散状态的聚合物颗粒和颜、填料颗粒逐渐靠拢, 但仍可自由运动。
在该阶段, 水分的挥发与单纯水的挥发相似, 为恒速挥发。
1.2 中期随着水份进一步挥发, 聚合物颗粒和颜、填料颗粒表面的吸附层破坏, 成为不可逆的相互接触, 达到紧密堆积, 一般认为此时理论体积固含量为74 %, 即堆积常数是0 . 74 。
该阶段水份挥发速率约为初期5% ～10 % 。
Hoy 等[2] 用重量法悬臂梁堆积测定仪测试后得出, 均匀球形粒子优先堆积排列是随机的密堆积(Bernal 堆积), 其堆积常数不是0 . 74 , 而是0 . 635 ; 其最接近的平均粒子数不是12 , 而是8 . 5 。
大致可以把涂膜表干定义为中期的结束。
这时涂膜水分含量约为2 . 7 % [2] , 粘度为103Pa . s 。
1 . 3 后期在缩水表面产生的力作用下, 也有认为在毛细管力或表面张力等的作用下, 如果温度高于最低成膜温度(MFT) , 乳液聚合物颗粒变形, 聚结成膜, 同时聚合物界面分子链相互扩散、渗透、缠绕, 使涂膜性能进一步提高, 形成具有一定性能的连续膜。
此阶段水份主要是通过内部扩散至表面而挥发的, 所以挥发速率很慢。
另外, 还有成膜助剂的挥发。
在此阶段初, 成膜助剂的挥发, 是挥发控制的。
随后, 成膜助剂的挥发, 是扩散控制的[4] 。
如图1 所示。
2 乳胶漆的成膜条件乳胶漆成膜条件之一是水份挥发。
成膜机理
乳胶漆成膜机理0 前言在涂料科学中，对成膜过程的了解及建立成膜机理模型，对水性涂料组成物配方的快速最优化非常重要，特别在设计能满足VOC 要求的具有所需性能的涂料时非常重要。
1946 年道(Dow) 化学公司首先将乳胶引入涂料市场，于是迅速产生了对水性聚合物粒子中成膜机理的了解需求。
最初的成膜理论集中于粒子的形变。
Bradford 及其合作者提出了干粘结理论，其主要内容是提出粒子形变成为完全致密的涂膜的推动力来源于聚合物的表面张力。
Brown 提出，粒子形变是由于在干燥的乳胶表面形成的毛细作用力。
估算出的这些推动力与水- 空气界面张力成正比，与乳胶粒子粒径成反比。
Vanderhoff 提出水的界面张力提供了粒子压缩及致密化所需的推动力。
Sheetz 提出水从乳胶膜表面挥发可以得到粒子压缩所需应力。
Voyutskii 首先提出自粘力或聚合物扩散对机械性能提高的必要性，他提出了自粘力，一种导致弱粒子界面恢复的机理，现在已经得到了这种分子重排或聚合物扩散类型的间接证据。
电子显微镜研究结果表明乳胶粒子堆积紧密后，离析的粒子仍继续形变，最终形成连续平滑的表面。
表面力显微镜如原子力显微镜（AFM ），于1992 年首先应用于乳胶涂膜，发现随老化过程涂膜表面越来越平坦。
20 世纪80 、90 年代，由于两种光谱技术的应用使得直接测量乳胶膜中聚合物链的扩散成为可能，即：小角中子散射（SANS ）及直接非辐射能转换（DET ）。
Hahn 等人及Sperling 分别用SANS 监测了氘化的聚（甲基丙烯酸丁酯）及氘化聚苯乙烯的扩散。
最近，多伦多大学的Winnik 及其合作者开发了将DET 技术用于乳胶聚合扩散测量的研究方法。
这些技术使得可以将乳胶膜中分子间界面间聚合物分子扩散与涂膜机械强度的提高联系起来。
事实上，已经得到了粒子间混合即成膜时的体积分数量的估算值。
20 世纪90 年代初期，Winnik 等人发表了一篇经典的论文，阐述了溶剂存在下聚甲基丙烯酸丁酯乳胶的成膜。
漆膜的形成与性能
“针孔”。
不同的官能团的表面张力也不同。
全氟烷基（—CF3）有最低的表面张力，
次之是甲基。
亚甲基。
表面张力依次增大的次序为：脂肪链、
芳香环、酯、酮、醇、水。
表面张力在涂料中的应用：
消泡剂消除已形成的泡沫。
在泡沫膜面形成一个低表面张力的点，点
上的液体就流向邻近较高表面张力处，气 泡壁本来就薄，物质外流使壁更薄，导致 泡沫破裂。
消泡剂的表面张力越小，消泡效果越好。
还要求消泡剂迁移至液膜表面的速度快， 在泡沫表面扩散的能力强。
涂料的粘度高，消泡剂不易分散，小气
泡会长期悬浮于其中不破灭。
水稀释涂料、高固体份涂料等的表面张 力大。
需要考虑由表面张力引起的弊病，需要
提高这些涂料的流平性，克服缩孔。
泡沫
木材或水泥上有孔隙，孔隙内的空气自涂
膜内部上溢，漆膜中会出现气泡 。
因粘度气泡上升不到表面，留在涂膜中就
形成鱼眼； 气泡上升到表面，就会在漆膜上形成缩孔 和针眼。
溶剂型涂料的泡沫问题不很突出，但在
液膜的表面弹性和Marangoni效应都稳定
膜壁，保持泡沫稳定。
消泡剂
消泡剂可分消泡剂（defoamer）和抑制泡
沫产生的抑泡剂（antifoamer）。
抑泡剂的作用： 抑泡剂的表面张力很低，能分散但不溶于
发泡液体中。 起泡时抑泡剂分子不规则地分布于泡沫表 面，破坏膜壁的弹性，抑制泡沫形成。
喷涂时，
这种混合溶剂可以避免流挂，促
进流平。
漆膜的流平
表面张力越大，基材表面的粗糙度越小，
涂料粘度越低，湿漆膜越厚，就越容易 流平。 流平快的涂料容易发生流挂。
乳胶漆的构成及各成分的作用
乳胶漆的构成及各成分的作用-乳胶漆助剂4.3 乳胶漆助剂乳胶漆生产中要使用多种助剂，这是乳胶漆的一大特点，但却不是优点。
在乳胶漆的混合体系中，组分间既可能有很好的协同作用，也可能相互干扰，产生不良影响。
因此，调配乳胶漆的技术关键是各种助剂的最佳化选择和配方的平衡。
助剂是涂料的辅助材料，一般用量非常的少，作用切很显著。
增朔剂---调节聚合物的柔韧性；增稠剂---调节涂料的黏度；改性剂---改进涂膜的致密性和光泽；分散剂---颜料的分散和防止再凝集；湿润剂---颜料湿润性的改进；消泡剂---在制造和涂装是消泡；防霉剂---防止涂膜长霉；防腐剂---防止储存中发生霉变；防冻剂---改进冻融稳定性；另外根据特殊要求，还有一些杀虫剂、防静电剂、防锈剂等。
一般来说，助剂对人体有一定的伤害，因此，高品质的涂料都是通过合理科学的配方，通过采用高素质的基料来提高涂料的性能。
4.3.1消泡剂涂料在生产使用中都会有气泡产生而给生产和施工带来不便和影响，消泡保证生产的产品外观好、保证涂膜表面连续、完整、美观、没有气泡孔、针孔、火山口等表面缺陷，使得涂眼光洁，密封性好。
近代科学技术的发展，对涂料工业提出高质量、高效益的要求。
即水性涂料、溶剂型涂料，在配方中应采用各种助剂，其中有帮助颜料湿润分散的助剂；有改善涂料成品贮藏稳定的助剂，有调整漆膜外观平整的助剂；还有一些达到特殊功能的助剂。
上述这些助剂品种大多都属于表面活性剂，都能改变涂料的表面张力，致使涂料本身就存在着易起泡或使泡沫稳定的内部因素。
涂料制造过程中需要使用各种高速混合机，如三辊机、砂磨机和球磨机等。
涂料涂装时所用的各种方式方法，如空气喷涂、无气喷涂、辊涂、流涂和淋涂等。
在这些过程中，都会程度不同地增加涂料体系的自由能，帮助产生泡沫，这是产生泡沫的外部因素。
涂料工业中水性乳胶涂料的泡沫问题最为突出，这是它的特殊配方和特殊生产工艺所致。
(1)乳胶漆是以水为稀释剂在乳液聚合时就必须使用一定数量的乳化剂，才能制取稳定的水分散液。
成膜助剂的助成膜机理、性能和发展趋势
成膜助剂的助成膜机理、性能和发展趋势成膜助剂的助成膜机理、性能和发展趋势时间:2012-02-18 11:43来源:作者:林宣益点击: 29 次本⽂⾸次提出成膜助剂提供⾜够的⾃由体积，以使乳胶粒变形和乳胶分⼦链段扩散、缠绕⽽融合成连续膜的助成膜机理。
并介绍了成膜助剂的要求、结构、分类、性能⽐较、使⽤和发展趋势等。
乳胶漆的漆膜通常是热塑性的，为了保证其性能，所以不能太软。
实际上，希望乳液聚合物的玻璃化温度尽可能地⾼，这样涂膜的性能，尤其是硬度和耐沾污性就⽐较好。
但事情总是⼆⽅⾯的，好性能的同时是乳胶漆的最低成膜温度(MFT)也⽐较⾼，给较低温度下施⼯和成膜就带来问题。
因此往往要加成膜助剂，降低MFT，达到⾼性能与低施⼯温度的平衡[1]。
1 成膜助剂助成膜机理成膜助剂的助成膜机理与⾃由体积紧密相关，因此，⾸先对⾃由体积作⼀简单介绍。
1.1⾃由体积[2]⽆定形材料的体积由两部分组成：⼀部分是被分⼦占据的体积，称为已占体积；另⼀部分是未被分⼦占据的体积，称为⾃由体积。
以⽐容(单位质量的体积)对温度作图，结果如图1所⽰。
阴影部分即为⾃由体积。
当⾼聚物冷却时，起先⾃由体积逐渐减少，到玻璃化温度Tg时，⾃由体积达到最⼩值，即为2.5%，这时⾼聚物进⼊玻璃态。
但是快速冷却所得Tg值低于慢速冷却所得Tg值。
在玻璃态下，⾃由体积被冻结，并保持恒值，分⼦链段运动亦被冻结。
这时，没有⾜够的空间进⾏分⼦链扩散和构象调整。
因此⾼聚物的玻璃态可视为等⾃由体积状态。
在玻璃态下，加热⾼聚物时，随着温度升⾼，分⼦已占体积膨胀，但⾃由体积没有膨胀。
温度达到Tg 后，两部分体积同时膨胀。
⾼分⼦聚合物链段获得⾜够的动能和必要的⾃由空间，进⾏扩散和构象调整。
因此玻璃化温度也可定义为⾼聚物温度膨胀(或收缩)系数改变点。
由图1 可见，只有当温度⾼于Tg时，⾃由体积才超过2.5%，其⼤⼩取决于(T － Tg)和体积膨胀系数。
1.2 助成膜机理乳胶漆的成膜是由⽔分挥发，乳胶粒变形和乳胶分⼦链段扩散缠绕⽽融合成连续膜。
乳胶涂料的成膜机理
乳胶涂料的成膜机理乳胶涂料是一种以水为溶剂的可塑性涂料，广泛应用于家居装修、建筑、汽车和工业制造等领域。
乳胶涂料具有较好的附着力、耐候性和耐化学腐蚀性能，而其成膜机理主要涉及乳胶微粒的沉积、水分的蒸发和乳胶聚合反应三个主要过程。
第一，乳胶微粒的沉积。
乳胶涂料的乳液是由固体颜料、增稠剂、分散剂和聚合物乳液粒子等组成。
在涂料涂布时，涂料中的固体颜料通过乳化、分散剂的作用悬浮于乳液中形成乳胶颗粒。
当涂料接触到物体表面时，乳胶颗粒会发生沉积，并逐渐形成一层均匀、致密的膜。
沉积的过程既受到颗粒的运动和碰撞作用，也受到表面能和界面张力等因素的影响。
第二，水分的蒸发。
乳胶涂料中的水在涂布后会逐渐蒸发。
水分蒸发速度与环境湿度、温度、气流速度等因素有关。
随着水分的蒸发，聚合物微粒之间的距离逐渐缩小，溶剂逐渐挥发，溶液体系呈现高度浓缩状态。
当水分蒸发完全时，溶液中的聚合物微粒紧密堆积，形成一层致密的聚合物膜，即成膜过程。
第三，乳胶聚合反应。
乳胶涂料中的聚合物乳液粒子具有悬浮于水相中的稳定性。
在膜的形成过程中，乳液粒子中的聚合物分子通过引发剂的作用发生聚合反应，形成大分子聚合物链。
这种聚合反应可以是自由基聚合、离子聚合、缩聚聚合等。
聚合反应的发生不仅使聚合物链变得更长，也使其与颗粒之间的相互连接更加牢固，从而增强涂膜的牢固性和耐久性。
在乳胶涂料的成膜机理中，以上三个过程相互作用，密不可分。
乳胶微粒的沉积和水分的蒸发是前期的物理过程，而乳胶聚合反应是后期的化学过程。
这些过程的影响因素众多，包括涂布温度、环境湿度、厚度、颗粒粒径、分散剂和胶粘剂的性质等。
只有在这些因素的相互配合下，乳胶涂料才能顺利地形成一层均匀、致密的膜，并具有所需的各项性能。
总之，乳胶涂料的成膜机理是一个复杂的过程，涉及到乳胶微粒的沉积、水分的蒸发和乳胶聚合反应等多个环节。
这些过程的相互作用使得乳胶涂料能够在涂布后迅速形成一层均匀、致密的膜，并具有良好的附着力、耐候性和耐化学腐蚀性能。
涂料的种类及成膜机理概述
涂料的种类及成膜机理概述近几年来，房屋建设、能源交通和汽车制造业的迅速发展，带动了涂料需求量的大幅增长。
但在涂料的生产和使用过程中，产生了大量的废气、废水粉尘等有毒有害物质，对环境和人们的健康造成了严重威胁。
因此解决这一问题已然成为了涂料工业继续发展的必然要求，该如何处理涂料的污染十分值得思考。
为此，本文综述了几种主流涂料的发展现状及涂料的成膜机理，对涂料的污染问题进行总结，并对涂料的发展进行展望。
1涂料的发展现状根据形态分类，涂料主要分为有机溶剂型涂料，水性涂料和粉末涂料。
1.1有机溶劑型涂料有机溶剂型涂料是把有机溶剂作为稀释剂制成的涂料。
经过多年的发展，有机溶剂型涂料形成了具有高装饰性和持久保护性，多功能性和多样性的新型建筑材料，不仅在现代工业和现代国防的发展中，而且在信息，生物化学和新材料方面发挥着重要作用。
航空产业、海洋资源的开发和环境保护等现代产业的发展也在很大程度上取决于有机溶剂型涂料的发展。
但是在涂覆涂层后，成膜过程中，溶剂蒸发，会造成环境污染，大多数有机溶剂对人类都有毒，同时在成膜后溶剂完全蒸发，造成了资源和能量的浪费。
1.2粉末涂料粉末涂料以固体树脂作为基料，由基料与颜填料和助剂等组分组成固体粉末而制成，分为热塑性和热固性两大类。
与有机溶剂型涂料和水性涂料不同，它是以微小的粉末状态存在，从而容易分散在空气中，因此它的稀释剂是空气，而不是液体。
粉末涂料对环境要求低，可使用静电、滚涂、淋涂等多种涂装方式，并且过喷的粉末可以100%回收。
粉末涂料的涂膜性能优异，附着力良好、耐候性强、坚硬耐磨以及耐腐蚀性能优异，同时还是环境友好型涂料，在生产及使用过程中可以达到VOC零排放。
但其有很多缺陷，比如在生产和涂装过程中会产生大量粉尘，现有的除尘设备无法处理完全，仍有部分超细粉尘排放到大气中，并且需大量使用对人体有害的原料。
粉末涂料的固化需要高温条件，要消耗更多能量，而且无法在大多数非金属底材、特大型金属件和形状复杂的金属件表面使用。
涂料化学——漆膜的形成及有关的基本性质
2.4.3 化学成膜方式
化学成膜是指先将可溶的（或可熔的）低相 对分子质量的聚合物涂覆在基材表面以后，在加热 和其他条件下，分子之间发生反应而使分子质量进 一步增加或发生交联而成坚韧薄膜的过程。
光固化涂料、粉末涂料、电泳漆等。
光固化涂料化学成膜机理
粉末涂料成膜过程
粉末涂装是一种干燥的施工工艺。带静电的颜 料与树脂的微粒喷涂到接地部件上，带电粉末就附 着在部件的表面直至在固化箱中熔融并形成平滑的 涂层。
聚合物有许多重要特性与相对分子质量有关。
1.随着分子量的增大，聚合物的柔顺性增大。但达到 临界相对分子质量MC约104后，柔性与相对分子质量 无关。 2.相对分子量愈高，聚合 物材料的力学性能越好， 保光性能越好；
3.相对分子量愈低，聚合 物越容易溶解，溶液的黏 度也越低；
2.4 膜的形成
使用涂料在于在基材表面形成一层坚韧的薄膜。 流动的液体涂料在涂布完成后形成薄膜，是一个玻璃 化温度不断升高的过程。
液体涂料到固体的漆膜，从某种意义上讲，只 是流动的速度发生了变化。
固体涂膜一般是一 种非晶态的固体聚合物， 会发生形态上的变化， 具有透明性、软化范围 较宽、能溶于溶剂。
二.结晶对聚合物性能的影响 1.结晶区与非结晶区的折射率不同， 会使聚合物的透明性不好。
2.明显的结晶作用会使聚合物的软化温度 提高，软化范围变窄。
特性粘数与分子量的关系
可用特性粘度来测定相对分子质量，
Mark-Houwink方程:
η = KMηα
K值与体系性质有关, 随聚合物分子量的增加而略减
小, 随温度增加而略下降. a 值与高分子在溶液中的形 态有关, 取决于温度、高分子和溶剂的性质。a 一般
在0.5~1之间。
成膜研究
乳胶漆颜料分散剂的使用摘要：阐述了乳胶漆颜料分散剂的作用机理、分类、选用方法和分散剂展望。
关键词：双电层；位阻；分散；分散剂乳胶漆的弊病，如返粗、沉降、分层、浮色、发花等都与润湿分散和分散稳定化有关。
1 润湿分散机理乳胶漆是高分子聚合物的水分散体与颜填料水分散体的混合物。
要使颜填料均匀地和乳液混合在一起必须经过润湿、分散、稳定3个相互协同的过程。
润湿：以润湿剂、分散剂对颜填料的气固界面进行液固界面转换。
分散：通过高速分散机、砂磨机等机械设备做功剪切颜料颗粒，使颗粒由聚集体和附集体分散为原级粒子。
稳定：原级粒子表面被润湿剂、分散剂吸附其上，以双电层、位阻等作用使原级粒子表面带有同种电荷相互排斥而稳定化。
2 种类和特点目前使用的分散剂主要分为：无机类、有机类和高分子类。
六偏磷酸钠，三聚磷酸钠等磷系分散剂由于缺少电荷性，正在逐步淡出。
有机类主要是非离子型表面活性剂，如聚氧乙烯烷基交 选８叻肿永嘤芯?甲基)丙烯酸类钠(铵)盐、马来酸酐与二异丁烯共聚物的钠(铵)盐水溶液。
高分子分散剂在颜填料的分散过程中除提供静电排斥力外，还能提供有效的位阻斥力。
这是其在当今乳胶漆制造中被广泛选用的主要原因。
3 影响分散性能的因素3．1 结构高分子分散剂由亲油基(疏水基)和亲水的离解基组成。
亲油基吸附在颜填料颗粒的亲油表面，离解基提供电荷。
分散剂的亲水性不能太强，不然无法吸附在颜填料颗粒表面。
经剪切的颜填料以范德华力重新聚集，变大而沉降。
一般认为分散剂在水中充分搅拌能溶解即可。
反之，进入水相很快溶为一体，以后的贮存会出现问题。
3．2 相对分子质量分布相对分子质量分布是检验分散剂的重要指标。
好的分散剂应该是相对分子质量适宜且分布窄的聚合物，因为只有极窄一段相对分子质量的高分子聚合物在起作用。
3．3 中和剂及pH值用氢氧化钠、氨水作中和剂使高分子分散剂有水溶性。
因碱的品种不同分为钠盐、铵盐。
从分散效率来看钠盐高于铵盐，而铵盐在乳胶漆成膜后会慢慢释放氨气，使分散剂与主树脂混容性改善，提高了漆膜的耐水性，故在外墙涂料中有广泛的运用。
成膜助剂在乳胶漆中作用分析
成膜助剂在乳胶漆中作用分析Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT成膜助剂在乳胶漆中作用分析时间:2011-11-0114:45来源:华南理工大学化工学院化工研究所作者:沈慧芳傅和青黄洪点击:192次乳胶漆是绿色环保涂料,但它成膜性较差。
为了提高其成膜性能,必须加人成膜助剂。
成膜助剂在乳胶漆中起着重要作用,它能降低乳胶漆的成膜温度,改善乳胶漆的成膜性能。
本论文对乳胶漆的成膜机理、成膜剂的选择以及成膜剂的作用及其影响因素作了分析。
是水性涂料的一大类,所含很低,属于“绿色涂料”。
主要是聚合物颗粒的水分散体和颗粒的水分散体的混合物。
但它们没有良好的施工性能,难于得到好的漆膜,必须添加各种助剂来达到所要求的施工性能和成膜质量,而是乳胶漆中最重要的助剂之一。
1乳胶漆的成膜机理乳胶漆的成膜过程较复杂,要经历一个从分散的聚合物颗粒到相互聚结成为整体的过程。
其施工后,水分挥发,球状颗粒必须相互融合才能形成连续的涂膜。
乳胶漆成膜分以下几个过程(1)颗粒逐渐靠拢球状颗粒在乳胶漆中以双电层和屏蔽稳定的作用保持着分散状态,在施工成膜后,水分逐渐挥发,依靠其推动力,分散着的颗粒逐渐靠拢,当接近到一定程度时,邻近的颗粒就紧紧地挤在一起而达到密聚状态,失去了运动的自由而形成凝胶状。
(2)颗粒稳定性破坏水分进一步挥发,漆膜的体积收缩。
当水份挥发将尽时,其推动力也将消失,此时毛细管力明显的起作用,体积的收缩和毛细管吸收引力远大于颗粒的分散稳定斥力,颗粒稳定性破坏,从而使颗粒相互接触、相互吸引、相互流动、相互聚结形成连续的涂膜。
(3)聚合物链段相互渗透随着时间的推移,残留的助剂逐渐挥发,聚合物分子链段相互渗透,膜性质逐渐改进,最后形成均匀而性能良好的涂膜。
2.成膜助剂概念及常用的成膜助剂乳胶漆高聚物为热塑性聚合物,只有在一定的温度下才能成膜,能形成连续涂膜的最低温度,称为该的,所以成膜温度必须在以上。
成膜机理
乳胶漆成膜机理前言在涂料科学中，对成膜过程的了解及建立成膜机理模型，对水性涂料组成物配方的快速最优化非常重要，特别在设计能满足 VOC 要求的具有所需性能的涂料时非常重要。
1946 年道 (Dow) 化学公司首先将乳胶引入涂料市场，于是迅速产生了对水性聚合物粒子中成膜机理的了解需求。
最初的成膜理论集中于粒子的形变。
Bradford 及其合作者提出了干粘结理论，其主要内容是提出粒子形变成为完全致密的涂膜的推动力来源于聚合物的表面张力。
Brown 提出，粒子形变是由于在干燥的乳胶表面形成的毛细作用力。
估算出的这些推动力与水 - 空气界面张力成正比，与乳胶粒子粒径成反比。
Vanderhoff 提出水的界面张力提供了粒子压缩及致密化所需的推动力。
Sheetz 提出水从乳胶膜表面挥发可以得到粒子压缩所需应力。
Voyutskii 首先提出自粘力或聚合物扩散对机械性能提高的必要性，他提出了自粘力，一种导致弱粒子界面恢复的机理，现在已经得到了这种分子重排或聚合物扩散类型的间接证据。
电子显微镜研究结果表明乳胶粒子堆积紧密后，离析的粒子仍继续形变，最终形成连续平滑的表面。
表面力显微镜如原子力显微镜（ AFM ），于 1992 年首先应用于乳胶涂膜，发现随老化过程涂膜表面越来越平坦。
20 世纪 80 、 90 年代，由于两种光谱技术的应用使得直接测量乳胶膜中聚合物链的扩散成为可能，即：小角中子散射（ SANS ）及直接非辐射能转换（ DET ）。
Hahn 等人及 Sperling 分别用 SANS 监测了氘化的聚（甲基丙烯酸丁酯）及氘化聚苯乙烯的扩散。
最近，多伦多大学的 Winnik 及其合作者开发了将 DET 技术用于乳胶聚合扩散测量的研究方法。
这些技术使得可以将乳胶膜中分子间界面间聚合物分子扩散与涂膜机械强度的提高联系起来。
事实上，已经得到了粒子间混合即成膜时的体积分数量的估算值。
20 世纪 90 年代初期， Winnik 等人发表了一篇经典的论文，阐述了溶剂存在下聚甲基丙烯酸丁酯乳胶的成膜。
涂料成膜机理及其影响因素研究进展
涂料成膜机理及其影响因素研究进展涂料是指涂布在物体表面而形成的具有保护和装饰作用的膜层材料。
最早的涂料因使用天然油和树脂被称为“油漆”。
随着高分子科学的发展，涂料原料范围扩大到合成的聚合物品种。
而随着人们环保意识的增强，涂料研制的重点已逐渐向水性涂料发展，一方面为满足更多环境下使用而要求的较低成膜温度，另一方面，为保证漆膜优异的机械、耐候、耐压痕性能，都要求乳胶粒子本身具有较高的玻璃化转变温度( Tg) ，这是矛盾的两个方面。
玻璃化转变温度对成膜过程有着重要影响，而成膜过程又对膜的性能有着重要影响，本文通过对涂料的成膜过程，以及其影响因素进行分析希望对读者有一定的帮助。
1 成膜过程在对涂料成膜过程的研究中，Dillon 提出了乳液成膜需要经过水份挥发以及体系中乳胶粒子变形的过程，Voyutskii 则认为其中存在大分子扩散的阶段，1966 年Bradford 等在对涂料成膜的研究中提出了玻璃化转变温度是乳液成膜的重要影响因素。
通过进一步的研究，水份蒸发、乳液粒子间相互吸引、聚集，相互扩散堆积，当T ＞ Tg 时最终成膜的成膜过程被正式提出。
同时也有学者从不同角度将膜过程其划分为粒子的无规运动、粒子的紧密堆积、粒子边界的融合、粒子边界消失最终成膜四个阶段，并提出了垂直干燥蒸发、平推干燥以及有序排列干燥3 种水分蒸发理论:在这一阶段国内外学者对随着水分蒸发驱动颗粒进行聚结的动力进行了大量研究，Dillion，巴顿和Brown，Eckersley，Visschers 等分别从表面张力，毛细管力，以及两力之间的相互协调作用对乳液成膜的主要动力进行了研究，并通过计算成膜干燥时各作用力的典型值对成膜过程中各作用力进行了研究。
对成膜过程中的胶粒聚结的研究，比较有代表性的理论是: ①熔结理论; ②毛细管作用理论; ③相互扩散理论。
前两种理论在仅有胶粒受力的前提下对涂料成膜的因素都做了不同程度的分析，忽视了涂料配方中的其他物质，而相互扩散理论中分析了分散剂以及聚合物性质对成膜的影响。
成膜物质在乳胶漆中的作用
第一节成膜机理与成膜温度（1）成膜机理乳液是聚合物或单体在水中的分散体系，其成膜较复杂。
聚合物以一个个小颗粒（胶粒）散在水的介质中，它们之间以其特有的布朗运动而自由运动着。
这是一个不稳定的体系。
当水蒸发或被多孔物质吸收时，它们的运动就受到限制。
小球逐渐靠拢，并最后相互融合在一起，随后为了达到形成一种无空隙的连续的膜，小球必须发生形变。
水在蒸发时，由于水的毛细管压力，使得小球分散体被拉在一起，随着水的蒸发，小球（胶粒）彼此之间靠得更紧密，这时压力亦随着增加。
对于硬的高聚物胶粒，这种压力不能使之变形，因此水蒸发后，仍保持粉末状或海绵状结构，即不成膜，或者说成膜性不好。
对于较软高聚物胶粒，这种水的毛细管压力可以使胶粒变形，最后形成连续膜。
（2）最低成膜温度（MFT）是乳胶漆专有的问题，溶剂型漆中包含的漆料是均相溶液。
溶剂挥发，漆膜自然形成。
与气温无关。
乳胶漆则不然。
它是热塑性树脂颗粒的非均相分散体系。
粒子之间由作为连续相的水来分离。
涂布成膜时，随着水的蒸发，粒子开始趋近，最终相互接触。
气温高时，高聚物颗粒软，Tg值越低，则越软。
硬粒子因受挤压难于变形或根本不变形，这时就会出现成膜不好或根本不成膜的现象。
同一乳液，成膜与不成膜之间，有一个敏锐的温度界限。
这个界限，叫做最低成膜温度（MFT）。
这是漆用乳液的一个重要指标。
因为一个乳胶漆，如涂布时遇到低温，出现不能成膜的情况，即就是一个严重的问题。
任何高聚物的MFT值随Tg值的变化而改变，同时MFT值还受另外一些因素的影响，而略高于或低于Tg值。
MFT的测定：用最低成膜温度测试仪测定。
第二节影响MFT的因素（1）聚合物极性的影响聚合物的Tg对MFT起着重要的作用，一般而言，乳液的MFT与聚合物Tg没有定量关系。
但聚合物Tg高，相应的乳液MFT也高。
不过聚合物的极性大小对乳液的MFT有不可忽视的影响。
一般认为MFT 较Tg低，这仅仅是对具有一定极性的聚合物乳液而言。
涂料的成膜剂作用机制研究
涂料的成膜剂作用机制研究涂料，作为一种广泛应用于建筑、工业、汽车等领域的材料，其性能的优劣很大程度上取决于成膜剂的特性和作用机制。
成膜剂是涂料中的关键组成部分，它在涂料的干燥和固化过程中发挥着至关重要的作用，决定了涂料所形成涂层的物理性能、化学性能以及耐久性。
成膜剂，顾名思义，其主要作用是促使涂料在施工后能够形成连续、均匀且具有一定强度和防护性能的薄膜。
要深入理解成膜剂的作用机制，首先需要了解其在涂料体系中的存在形式和物理化学变化过程。
在涂料配方中，成膜剂通常以聚合物的形式存在。
这些聚合物可以是天然的，如松香、虫胶等；也可以是合成的，如丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂等。
成膜剂的分子结构和分子量分布对其性能有着显著影响。
一般来说，分子量较高的成膜剂能够形成更坚韧、耐磨的涂层，但可能会导致涂料的施工性能变差；而分子量较低的成膜剂则施工性能较好，但涂层的性能可能相对较弱。
成膜剂的作用机制主要包括物理干燥和化学固化两种方式。
物理干燥是一种相对简单的成膜过程。
在这个过程中，成膜剂主要通过溶剂的挥发而形成薄膜。
例如，以硝基纤维素为成膜剂的硝基漆，施工后溶剂迅速挥发，硝基纤维素分子相互靠近、缠绕，最终形成连续的薄膜。
在物理干燥过程中，成膜剂的分子结构并没有发生实质性的化学变化，仅仅是通过物理聚集实现成膜。
这种成膜方式的优点是干燥速度快，缺点是所形成的涂层耐溶剂性和耐水性较差。
化学固化则是一个更为复杂的过程，涉及到成膜剂分子之间的化学反应。
常见的化学固化方式包括氧化聚合、加成聚合和缩合聚合等。
氧化聚合是一种常见的化学固化方式，多见于醇酸树脂涂料中。
醇酸树脂中的不饱和脂肪酸在空气中氧气的作用下发生氧化反应，形成交联结构，从而使涂料固化成膜。
这种固化方式通常需要一定的时间和温度条件，并且在固化过程中会受到环境因素（如湿度、温度、通风情况等）的影响。
加成聚合则常见于聚氨酯涂料和不饱和聚酯涂料中。
在聚氨酯涂料中，多异氰酸酯与多元醇发生加成反应，形成具有三维网状结构的聚合物，从而实现成膜。
乳胶漆成膜机理的最新进展
乳胶漆成膜机理的最新进展于 春 洋(北京联合大学化学工程学院)摘 要 近年来水性乳胶漆的发展十分迅速,其成膜机理的研究亦逐步深入。
本文就乳胶漆成膜机理的最新研究成果进行了详细地讨论。
乳胶漆被广泛地用作水性涂料的基料,乳胶粒径一般在50～500μm,固体份通常超过50%[1]。
乳胶是由丙烯酸、丁基丙烯酸酯、醋酸乙烯、苯乙烯和丁二烯等单体通过乳液聚合制取的。
配制乳胶漆除了加入颜料、填料外,还要加入相应的分散剂。
为了增加成膜能力,还要加入聚结溶剂。
聚结溶剂是高沸点的有机物,它将保留在漆膜中,其基本作用是促进单个的聚合物粒子聚结形成连续的膜,并减小干漆膜中的内应力,以便在温度或水含量改变而导致基体发生涨缩和其它变化时保持漆膜的完整性和良好的附着力[2]。
1 成膜过程乳胶漆的成膜过程比溶液型涂料的成膜过程更复杂。
乳胶漆一旦涂布在基材表面上就进入成膜的第一个阶段,即水分的蒸发,该步骤由水的蒸气相扩散控制[6]。
当水分蒸发完毕时,涂层中就仅留下聚合物、颜料和其它主要成分了。
成膜的第二个阶段是聚合物胶粒的平整化和聚结过程。
在这一阶段聚合物和颜填料将得到充分结合,并形成附着力良好的漆膜。
影响这一重要阶段的因素有很多,其中主要有:(1)聚合物本身的硬度Π粘弹性;(2)所用的聚结溶剂的性质;(3)克服聚合物胶粒上的排斥力的难易程度。
上述因素中的第一个因素———聚合物的硬度,人们采用动态粘弹性测量法对其进行了大量的研究[1,4,5],通过这些研究深入地考察了乳胶漆的成膜过程,本文后面有详细的讨论。
上面列出的所有因素均与温度有关,因此成膜过程本身亦与温度有关,当温度低于某一临界温度时,则涂料不能形成完整的漆膜,这一临界温度称为最低成膜温度。
最低成膜温度不是聚合物本身的性质,而是整个乳胶漆配方的特性。
影响玻璃化温度的某些因素同样会影响最低成膜温度,如聚合物中固有的软单体会同时降低玻璃化温度和最低成膜温度[7]。
另一方面,配方中的非聚合物组分,如聚结剂和分散剂的性质和浓度也会影响最低成膜温度。
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乳胶漆的成膜机理概述与分析
中国油漆网讯/对于乳胶漆的成膜机理, 有多种说法, 还没取得一致的结论, 目前尚在形成发展之中。
但是不断深化对乳胶漆成膜机理的了解, 对乳胶漆的研究开发、生产和施工应用具有重要的意义。
1 乳胶漆的成膜过程[1]
乳胶漆的成膜是一个从分散着聚合物颗粒和颜、填料颗粒相互聚结成为整体涂膜的过程。
该过程大致分为三个阶段: 初期、中期和后期。
1.1 初期
乳胶漆施工后, 随着水份逐渐挥发, 原先以静电斥力和空间位阻稳定作用而保持分散状态的聚合物颗粒和颜、填料颗粒逐渐靠拢, 但仍可自由运动。
在该阶段, 水分的挥发与单纯水的挥发相似, 为恒速挥发。
1.2 中期
随着水份进一步挥发, 聚合物颗粒和颜、填料颗粒表面的吸附层破坏, 成为不可逆的相互接触, 达到紧密堆积, 一般认为此时理论体积固含量为74 %, 即堆积常数是0 . 74 。
该阶段水份挥发速率约为初期5% ～10 % 。
Hoy 等[2] 用重量法悬臂梁堆积测定仪测试后得出, 均匀球形粒子优先堆积排列是随
机的密堆积(Bernal 堆积), 其堆积常数不是0 . 74 , 而是0 . 635 ; 其最接近的平均粒子
数不是12 , 而是8 . 5 。
大致可以把涂膜表干定义为中期的结束。
这时涂膜水分含量约为2 . 7 % [2] , 粘度为103
Pa . s 。
1 . 3 后期
在缩水表面产生的力作用下, 也有认为在毛细管力或表面张力等的作用下, 如果温度高于最低成膜温度(MFT) , 乳液聚合物颗粒变形, 聚结成膜, 同时聚合物界面分子链相互扩散、渗透、缠绕, 使涂膜性能进一步提高, 形成具有一定性能的连续膜。
此阶段水份主要是通过内部扩散至表面而挥发的, 所以挥发速率很慢。
另外, 还有成膜助剂的挥发。
在此阶段初, 成膜助剂的挥发, 是挥发控制的。
随后, 成膜助剂的挥发, 是扩散控制的[4] 。
如图1 所示。
2 乳胶漆的成膜条件
乳胶漆成膜条件之一是水份挥发。
水份不挥发, 乳胶漆就不会成膜。
而水份挥发的速率, 就乳胶漆来说, 与其所含的成膜助剂和助溶剂等有关; 就其施工应用来说, 不仅与周围环境的温度、相对湿度有关, 而且与基层的温度、含水率、吸水性有关。
因此综合平衡诸因素, 使其有一个合适的水份挥发速率, 以获得优良的涂膜。
不能太快, 也不能太慢。
乳胶漆成膜条件之二是施工时的环境温度和基层温度必须高于乳胶漆的最低成膜温度。
否则, 尽管水份挥发, 乳胶漆也不能成膜。
-MFT) 值大些有利于成膜。
因为成膜需要乳胶粒子变形, 分子链相互扩散苯丙乳液膜在成膜过程中Tg 值的变化。
和渗透, 以致相互缠绕, 达到聚结的。
而这些都要求乳胶漆体系中有大于2 . 5% 自由体积。
这里所谓的乳胶漆体系, 是指乳胶漆中所有组分的混合体。
否则乳胶粒处于玻璃态而无法变形, 乳胶分子链段和自由体积处于冻结状态而不能扩散。
Hill 等[5] 用阳电子湮灭寿命光谱仪和原子力显微镜, 研究了乳胶膜结硬和成膜过程中
自由体积的分布。
从而得出, 当温度低于Tg 时, 由于没有明显的相互扩散, 结硬的乳胶膜是脆的。
另外, 乳胶漆的最低成膜温度是指乳胶漆形成不开裂的, 连续涂膜的最低温度。
它不同于乳胶漆用乳液( 包含成膜助剂) 的最低成膜温度。
一般来说, 由于颜、填料等影响, 乳胶漆的最低成膜温度高于其所用乳液的最低成膜温度, 尽管表面活性剂也有一定的降低乳液最低成膜温度的作用。
2000 年11 月初, 上海市房地产科学研究院对“ 迎APEC 会议” 用外墙涂料质量进行了控制检验,这次检验的外墙涂料中, 有液聚合物粒子变形而成膜。
31 % 的涂料最低成膜温度高于5 ℃, 所以在 5 ℃时, 巴顿[8] 和Brown [9] 认为, 固体颗粒间的水溶液尽管水分挥发, 但不能形成连续膜。
有29 % 的涂产生毛细管力, 尽管该毛细管力绝对值不大, 但其料, 虽然在5 ℃时能成膜, 但环境温度和最低成膜相对于乳胶漆粒子的重量来说, 是很大的。
正是该温度差值(T-MFT) 太小, 所成涂膜质量达不到毛细管力, 促使乳胶漆粒子聚结成膜。
GB/T 9755 的要求。
这是因为随着乳胶漆成膜过Eckersley 等认为[10] , 仅毛细管力不足以驱使程的进行, 水、成膜助剂和二醇类溶剂的挥发, 乳成膜, 是界面张力和毛细管力一起, 促使乳胶粒子胶漆系统的Tg 或最低成膜温度会逐步升高。
图1 成膜。
是含成膜助剂的苯丙乳液膜在成膜过程中Tg 值的Visschers 认为[11], 缩水表面产生的力是驱动乳变化。
当乳胶漆的最低成膜温度升高至环境温度胶漆成膜的主要动力。
他根据乳胶漆粒子半径时, 成膜过程就无法进行。
当然,GB/T 9755 要求养护条件是23 ℃, RH50 % 。
但有时实际施工温度是远远低于23 ℃, 这对乳胶漆的成膜是有影响的。
可见, 所成涂膜质量与施工时的环境温度、基层温度和最低成膜温度差( T -MFT) 有关。
(T -MFT)值大些有利于成膜。
图1含成膜助剂的苯丙乳液膜在成膜过程中Tg 值的变化。
试验条件: 23 ℃, 25 %RH , 膜厚38 1 1 μ m, 风速402 1 3m/ h 。
成膜条件: DPM、DPnP、苯甲醇、KP-140
乳胶漆表干在2h 以内, 是比较快的。
然而, 完全成膜的时间是比较长的, 大约需要四周以上的时间。
在相同条件下, 软的聚合物粒子成膜比硬的聚合物粒子慢[6] 。
在整个成膜过程中, 尽管随着溶剂的挥发, 乳胶漆的最低成膜温度会逐步升高, 但在整个成膜过程中, 都应保持( T -MFT) 值大于零, 这样, 才能形成好涂膜。
3 乳胶漆的成膜驱动力
关于乳胶漆的成膜驱动力, 目前还没有统一的看法。
Dillion 等认为, 是聚合物的表面张力驱动乳液聚合物粒子变形而成膜。
巴顿[8] 和Brown[9]认为, 固体颗粒间的水溶液产生毛细管力, 尽管该毛细管力绝对值不大, 但其相对于乳胶漆粒子的重量来说, 是很大的。
正是该毛细管力, 促使乳胶漆粒子聚结成膜。
Eckersley 等认为[10], 仅毛细管力不足以驱使成膜, 是界面张力和毛细管力一起, 促使乳胶粒子成膜。
Visschers 认为[11] , 缩水表面产生的力是驱动乳胶漆成膜的主要动力。
他根据乳胶漆粒子半径r p =250nm, 哈梅克(Hamaker) 常数A=1 1 05 × 10 [-20] J, 表面电位V= -20mv, 盐值(salt level) S = 1mM , 水表面张力γ = 70mN/ m , 接触角θ =0 0 , 聚合物模量E=10 7 N/ m 2, 计算得乳胶膜干燥时, 各作用力的典型值可以看出, 缩水表面产生的力、凹月面水的毛细管力和弹性变形抗力在同一数量级, 而主要是缩水表面产生的力克服弹性变形抗力而聚结成膜。
另外这里把乳胶粒子的变形看成弹性变形, 其实乳胶粒子是粘弹体, 还要考虑与时间相关的流变性, 但这样处理就相当复杂, 故简化处理。
关键词：乳胶漆。