水性建筑涂料的助成膜剂醇酯-12

　   助成膜剂简称成膜剂, 亦称胶体凝结剂、软化剂或流平剂。在以合成树脂乳液为主要成膜物质的水性建筑涂料中, 成膜剂是不可缺少的重要助剂。选择安全、高效的成膜剂是控制有毒物质含量和有机物散发总量(TVOC) , 保证水性建筑涂料健康发展的有效措施。水性建筑涂料选择成膜剂的依据应体现《环境标志产品技术要求》(HJBZ004- 94) 的基本精神, 主要侧重: (1) 具有较高的技术性能和稳定的品质; (2) 控制甲醛、卤化物和芳香烃类碳氢化合物亦同时考虑对TVOC 的影响; (3) 具有较大的市场占有率和稳定可靠的供应能力。我国水性建筑涂料(亦称乳胶漆) 经过近20 年的发展, 已具备了相当的规模和基础, 但就整体而言尚不尽人意, 特别是产品技术水平和档次与国外比较存在着较大差距。例如以聚乙烯醇和聚醋酸乙烯乳液为主要成膜物质的106、803 类低档涂料所占比例高达涂料总量的70%～ 75% , 其所用成膜剂主要有毒性较大的乙二醇单乙醚(ECS)、乙二醇单丁醚(BCS)、二乙二醇和芳烃类助剂苯甲醇等, 以上助剂不仅性能差, 而且用量大, 成本高, 在一定程度上影响了水性建筑涂料的发展。

       80 年代中期, 中国新型建材公司从美国联合碳化物公司、日本高压瓦斯和铃鹿涂料株式会社分段优化引进具有当时国际先进水平的苏州新型建筑涂料厂万吨丙烯酸酯新型建筑涂料项目, 不仅引进了先进的水性建筑涂料制造技术和生产装备, 还随原料进口了日本窒素株式会社高品质的成膜剂CS-12。90 年代初, 美国伊士曼公司推出了高效、安全的Texano l酯醇并占有很大的中国市场份额。为实现进口原料国产化, 化工部吉化公司进行了相应的研制, 在短短几年内完成了科研开发并在湖北建成了5000 t/a 规模的生产基地。国际先进技术产品的加入, 提高了水性建筑涂料产品的整体技术水准及相关配套原材料工业的科技进步, 使中国水性建筑涂料的发展出现了质的飞跃。

Texano l 酯醇系伊士曼公司的商品牌号, 化学名应为2, 2, 4-三甲基-1, 3-戊二醇单异丁酸酯。CS-12为日本窒素株式会社的商品名称, 而吉化公司的商品名则为醇酯-12, 亦称十二碳醇酯(以下简称醇酯-12) , 是适合于水性建筑涂料使用的典型成膜剂(参见表1)。所谓成膜剂就是在水性建筑涂料中适量添加后, 可降低乳液的玻璃化温度(Tg) , 软化乳液中的均聚及其共聚物颗粒表面的硬度, 从而降低最低成膜温度(M FFT ) , 以便更好的凝结成膜, 待涂膜形成后成膜剂逐渐挥发, 重新恢复初始Tg。所以成膜剂又可称为临时增塑剂。与其他成膜剂相比, 醇酯-12 具有适用于水性建筑涂料的典型特点。

       (1) 适用范围广。可广泛适用于醋酸乙烯酯均聚及其共聚乳液、丙烯酸酯均聚及其共聚乳液、醋酸乙烯/丙烯酸酯共聚乳液、苯乙烯(SM )/丙烯酸酯共聚乳液、醋酸乙烯/叔碳酸乙烯酯共聚乳液、苯乙烯/丙烯酸酯/甲基丙烯酸甲酯(MMA )/甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA ) 多元共聚乳液等多种涂料系统, 还可用作水基油墨的成膜剂。
       (2) 成膜性能好。适量添加有助于乳液中均聚及其共聚物颗粒凝结成透明、柔软、完整的乳胶膜, 从而提高涂料的附着力、平整度、光亮度、展色性、耐候性、耐洗刷性和临界颜料体积浓度(CPVC) 等整体性能。
       (3) 安全性好。醇酯-12 本身无毒, 所含有害成分异丁醛的残余量甚微, 所以在使用和贮运过程中的安全性是显而易见的, 即使长期接触对人体健康亦无不良影响(见表2)。

       醇酯-12 还具有优良的水不溶性、水解稳定性、较低于水的挥发速度和凝固点, 因而能更好地与聚合物颗粒充分接触, 有助于溶胀颗粒形成质量较好的连续膜。其较高的成膜功效与乙二醇醚类等水溶性成膜剂相比可明显减少用量, 降低成本和VOC。而较低的凝固点可使终端产品在低温条件下保持良好的冻融贮存稳定性和恶劣条件下(如高湿、低温) 的施工性(见表3)。

       在一般情况下, 醇酯-12 的添加量大约是所需乳液总固含量的10% , 同时应根据Tg 与气温的高低作适当调整。如参照涂料典型配比测算, 内墙涂料的平均添加量约为涂料总量的0. 6% , 最高添加量< 1%;外墙涂料的平均添加量约为2. 2% , 最高添加量<3. 4%。按最高添加量估算, 内墙涂料中异丁醛溶液残余量应< 0. 0015‰; 外墙涂料中异丁醛溶液残余量应< 0. 0035‰。醇酯-12 由于成膜性能明显提高, 减少了用量, 不仅可节约原料成本, 而且降低了VOC。同样以最高添加量估算, 内墙涂料由此产生的VOC 应< 10 g/L 而外墙涂料的VOC 则应< 34 g/L 。以上两项环境安全指标均低于有关标准, 所以选择醇酯-12作为我国水性建筑涂料的主要成膜剂, 无论从技术性能, 还是以环境安全作比较都是可取的。

       我国醇酯-12 的生产已达到了一定的规模, 品质也有很大的提高, 特别是吉化集团(湖北) 新华化学公司的醇酯-12 XH6 系列产品生产规模已处于国内领先地位, 其主要技术指标和总醛残量已接近美国伊士曼公司的Texano l 酯醇。可基本满足我国水性建筑涂料发展需要。