專利名稱：：一種全環(huán)保型成膜助劑及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于降低水性乳液涂料成膜溫度，改善成膜性能的全環(huán)保型成膜助劑及其使用方法。
背景技術(shù)：
：水性乳液涂料以其極低的V0C(揮發(fā)性有機(jī)化學(xué)物)環(huán)保特性，迅速成長為涂料領(lǐng)域中的主要品種，目前除了汽車漆等工業(yè)涂料外，建筑外墻漆、內(nèi)墻漆、木器漆等均采用水性涂料，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，具有高環(huán)保性的水性涂料勢必將替代所有使用有機(jī)溶劑的油性涂料。與使用有機(jī)溶劑的油性涂料不同，水性涂料中的聚合物是以穩(wěn)定的懸浮乳膠粒形式存在的。當(dāng)水性涂料涂刷在基體表面上時(shí)，隨著水分的揮發(fā)，乳膠粒之間的距離不斷縮小，發(fā)生擠壓變形，最后形成連續(xù)的聚合物涂膜?？捎糜谒酝苛系娜橐河性S多種，如丙烯酸類單體的均聚物，苯乙烯_丙烯酸類共聚物，醋酸乙烯共聚物和醋酸乙烯/氯乙烯/丙烯酸三元共聚體等。在水性涂料的成膜過程中最重要的是聚合物粒子能夠發(fā)生形變，并聚結(jié)融合在一起，如果環(huán)境溫度低于乳液中聚合物的Tg時(shí)，乳膠粒將無法良好的聚結(jié)在一起，造成聚合物物涂膜出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時(shí)涂膜會形成一層毫無附著力的粉末，因此任何水性乳液涂料都有最低成膜溫度(匪FT)的限制。未添加任何增塑劑的水性乳液的MMFT都較高，一般都能達(dá)到15°C以上，有些可形成高硬度涂層的乳液，其Tg可高達(dá)80°C以上，嚴(yán)重限制了水性涂料的應(yīng)用，因此必須向水性涂料中添加成膜助劑，降低匪FT，改善成膜性能。成膜助劑是一種非永久性增塑劑，用以降低乳液中聚合物的Tg，一旦乳膠粒變形成膜過程完成后，成膜助劑會從涂膜中揮發(fā)，從而使聚合物Tg值恢復(fù)至初始值。成膜助劑是水性涂料中必不可缺的關(guān)鍵材料，它不僅能夠降低水性涂料的匪FT，還可以改善聚合物乳膠粒子間的聚結(jié)質(zhì)量，顯著提高聚合物涂膜的性能，從而能夠提高涂膜的耐擦洗性、展色性、耐候性等諸多性能。成膜助劑是聚合物乳膠粒子的強(qiáng)溶劑，目前應(yīng)用較多的是醇醚類，如乙二醇醚類、二乙二醇醚類、三乙二醇醚類、丙二醇醚類、二丙二醇醚類、三丙二醇醚類、丙二醇苯醚等。但由于醇醚類本身化學(xué)性質(zhì)的限制，任何單一的醇醚類化合物都不能與全部的乳液具有良好的相容性，而且如果加入不當(dāng)，會導(dǎo)致涂料在生產(chǎn)過程中造成破乳，給生產(chǎn)帶來損失。另外醇醚類的揮發(fā)性較高，且?guī)в幸欢ǘ拘?，在安全環(huán)保方面受到很大局限。另外有些成膜助劑如乙二醇醚類在高pH值的乳液體系中會發(fā)生水解反應(yīng)，嚴(yán)重影響性能的發(fā)揮。專利CN100347251C公開一種丙二醇苯醚的復(fù)配型成膜助劑，該成膜助劑以丙二醇苯醚為主要原料，復(fù)配了乙二醇、二丙二醇和二甘醇，提高了丙二醇苯醚的相容性，降低了凝固點(diǎn)，但該復(fù)配成膜助劑無法改變醇醚類化合物的毒性。專利CN1195656A公開了一種反應(yīng)性成膜助劑，但此種成膜助劑的使用復(fù)雜，需要再添加引發(fā)劑，成本高，目前尚未在水性乳液涂料中得以大規(guī)模應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效降低水性乳液涂料成膜溫度，改善成膜性能且使用安全環(huán)保的成膜助劑及其使用方法。本發(fā)明的全環(huán)保型成膜助劑可與任何一種聚合物乳液都具有良好的相容性，而且與醇醚類成膜助劑相比，即使長期接觸也不會對健康造成損害，使用簡便安全。本發(fā)明的全環(huán)保型成膜助劑不溶于水，沸點(diǎn)高，使用量少，屬于無VOC產(chǎn)品，可為涂料生產(chǎn)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。發(fā)明要點(diǎn)全環(huán)保型成膜助劑由I型的酮醇酯類化合物和II型的二酸酯類化合物組成，它們的結(jié)構(gòu)表達(dá)式分別為I型酮醇酯類化合物ooIIII——C——O——R2——C——R3IOHII型二酸酯類化合物O〇IIIIR4——〇——C——R5——C——O——R6I式和II式中R「Re分別表示烷基，其中&、12和R3分別表示碳原子數(shù)為1-13的烷基，優(yōu)選碳原子數(shù)為1-9的烷基，更優(yōu)選為碳原子數(shù)為1-6的烷基；R4、R5、R6分別表示碳原子數(shù)為3-17的烷基，優(yōu)選碳原子數(shù)為3_12的烷基，更優(yōu)選為碳原子數(shù)為3-10的烷基。其中I型化合物在全環(huán)保型成膜助劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-100%，優(yōu)選為50-100%，更優(yōu)選為80-100%。II型化合物在全環(huán)保型成膜助劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-100%，優(yōu)選為0-50%，更優(yōu)選為0-20%。本發(fā)明還提供了一種全環(huán)保型成膜助劑的使用方法，將上述全環(huán)保型成膜助劑在水性乳液涂料的生產(chǎn)過程中加入，成膜助劑的添加量為涂料中聚合物乳液固含量的1-30%，最好為1-12%。本發(fā)明的全環(huán)保型成膜助劑是在對水性乳液涂料成膜機(jī)理的研究基礎(chǔ)上得到的。酮醇酯類化合物和二酸酯類化合物對人體健康沒有影響，而且沸點(diǎn)高于25(TC，屬于非V0C產(chǎn)品。全環(huán)保型成膜助劑不溶于水，可避免因?yàn)樗謸]發(fā)或涂層基體對水分的吸收造成成膜助劑流失。全環(huán)保型成膜助劑對任何聚合物乳液體系都具有良好的相容性，對于高pH值乳液體系，也不會發(fā)生水解。本發(fā)明的全環(huán)保型成膜助劑不僅可以降低涂料的匪FT，還能夠有效改善涂料的成膜性能，提高聚合物涂膜的光澤度、展色性、耐候性等多種性能。具體實(shí)施方法在溫度為10-50°C，壓力為0.1-0.2MPa下，加入表1所給出的各組化合物組分，并不斷攪拌使其混合均勻，即制得本發(fā)明的全環(huán)保型成膜助劑。采用市售純丙烯酸乳液作為實(shí)驗(yàn)體系，該乳液中聚合物的固含量為48±2%，pH為9，匪FT為20°C。實(shí)施例1-4:表1:實(shí)施例1-4全環(huán)保型成膜助劑組分配比(表中數(shù)據(jù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))組分實(shí)施例I<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例5:將實(shí)施例1之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的30%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為<2.5t:，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為85，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為C級。實(shí)施例6:將實(shí)施例1之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的12%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為<2.5t:，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為85，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為B級。實(shí)施例7:將實(shí)施例1之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的1%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為4°C，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為80，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為A級。實(shí)施例8:將實(shí)施例2之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的30%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為<2.5t:，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為85，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為B級。實(shí)施例9:將實(shí)施例2之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的12%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為<2.5t:，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為85，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合5物涂膜的抗粘連性為A級。實(shí)施例10:將實(shí)施例2之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的1%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為5.5°C，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為80，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為A級。實(shí)施例11:將實(shí)施例3之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的30%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為<2.5°C，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為80，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為A級。實(shí)施例12:將實(shí)施例3之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的12%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為<2.5t:，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為80，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為A級。實(shí)施例13:將實(shí)施例3之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的1%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為6°C，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為75，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為A級。實(shí)施例14:將實(shí)施例4之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的30%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為<2.5°C，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為80，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為A級。實(shí)施例15:將實(shí)施例4之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的12%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為6°C，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為75，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為A級。實(shí)施例16:將實(shí)施例4之全環(huán)保型成膜助劑加入到250g純丙烯酸乳液體系中，加入量為乳液固含量的1%，按照GB/T9267中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的匪FT為9°C，按照GB/T1743中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的光澤為70，按照GB/T23982中規(guī)定的方法測試聚合物涂膜的抗粘連性為A級。權(quán)利要求提供一種降低水性乳液涂料成膜溫度，提高成膜性能的全環(huán)保型成膜助劑及其使用方法，所述的全環(huán)保型成膜助劑是由I型的酮醇酯類有機(jī)化合物和II型的二酸脂類有機(jī)化合物中的一種或兩種組成，它們的結(jié)構(gòu)表達(dá)式分別為I型酮醇酯類的有機(jī)化合物II型二酸酯類有機(jī)化合物上述兩式中R1、R2、R3分別為碳原子數(shù)為1-13的烷基；R4、R5、R6分別為碳原子數(shù)為3-17的烷基；FSA00000010458500011.tif,FSA00000010458500012.tif2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是全環(huán)保型成膜助劑中&、12、13分別代表碳原子數(shù)為1-9的烷基。3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征是全環(huán)保型成膜助劑中RpR^Rs分別代表碳原子數(shù)為1-6的烷基。4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是全環(huán)保型成膜助劑中R4、R5、R6分別代表碳原子數(shù)為3-12的烷基。5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征是全環(huán)保型成膜助劑中R4、R5、R6分別代表碳原子數(shù)為3-10的烷基。6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是I型化合物所占全環(huán)保型成膜助劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-100%，II型化合物所占全環(huán)保型成膜助劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-100%。7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征是I型化合物所占全環(huán)保型成膜助劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50-100%，更好為80-100%。II型化合物所占全環(huán)保型成膜助劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0-50%，更好為0-20%。8.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在水性涂料生產(chǎn)過程中加入的。9.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是相對水性涂料中聚合物乳液的固含量，加入全環(huán)保型成膜助劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1_30%。10.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征是相對水性涂料中聚合物乳液的固含量，加入全環(huán)保型成膜助劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1_12%。全文摘要本發(fā)明涉及一種全環(huán)保型成膜助劑及其使用方法。由同醇酯類化合物和二酸酯類化合物組成。本發(fā)明克服了醇醚類成膜助劑環(huán)保性差，適用體系范圍窄，在高pH值乳液體系中易水解等缺點(diǎn)。本發(fā)明用量少、使用簡便，適用于任何聚合物乳液體系，且安全環(huán)保，能顯著降低水性乳液涂料的成膜溫度，改善成膜性能。文檔編號C09D7/12GK101760070SQ20101010349公開日2010年6月30日申請日期2010年1月29日優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日發(fā)明者何宏曉,劉寬勝,劉志清,張麗欣,文源,王秀芬,裴浩,陳潔,高志禮申請人:北京斯伯樂科學(xué)技術(shù)研究院