[发明专利]一种全环保型成膜助剂及其使用方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于降低水性乳液涂料成膜温度，改善成膜性能的全环保型成膜助剂及其使用方法。

背景技术：

水性乳液涂料以其极低的VOC(挥发性有机化学物)环保特性，迅速成长为涂料领域中的主要品种，目前除了汽车漆等工业涂料外，建筑外墙漆、内墙漆、木器漆等均采用水性涂料，随着技术的不断发展，具有高环保性的水性涂料势必将替代所有使用有机溶剂的油性涂料。

与使用有机溶剂的油性涂料不同，水性涂料中的聚合物是以稳定的悬浮乳胶粒形式存在的。当水性涂料涂刷在基体表面上时，随着水分的挥发，乳胶粒之间的距离不断缩小，发生挤压变形，最后形成连续的聚合物涂膜。可用于水性涂料的乳液有许多种，如丙烯酸类单体的均聚物，苯乙烯-丙烯酸类共聚物，醋酸乙烯共聚物和醋酸乙烯/氯乙烯/丙烯酸三元共聚体等。在水性涂料的成膜过程中最重要的是聚合物粒子能够发生形变，并聚结融合在一起，如果环境温度低于乳液中聚合物的Tg时，乳胶粒将无法良好的聚结在一起，造成聚合物物涂膜出现裂纹，严重时涂膜会形成一层毫无附着力的粉末，因此任何水性乳液涂料都有最低成膜温度(MMFT)的限制。未添加任何增塑剂的水性乳液的MMFT都较高，一般都能达到15℃以上，有些可形成高硬度涂层的乳液，其Tg可高达80℃以上，严重限制了水性涂料的应用，因此必须向水性涂料中添加成膜助剂，降低MMFT，改善成膜性能。

成膜助剂是一种非永久性增塑剂，用以降低乳液中聚合物的Tg，一旦乳胶粒变形成膜过程完成后，成膜助剂会从涂膜中挥发，从而使聚合物Tg值恢复至初始值。成膜助剂是水性涂料中必不可缺的关键材料，它不仅能够降低水性涂料的MMFT，还可以改善聚合物乳胶粒子间的聚结质量，显著提高聚合物涂膜的性能，从而能够提高涂膜的耐擦洗性、展色性、耐候性等诸多性能。

成膜助剂是聚合物乳胶粒子的强溶剂，目前应用较多的是醇醚类，如乙二醇醚类、二乙二醇醚类、三乙二醇醚类、丙二醇醚类、二丙二醇醚类、三丙二醇醚类、丙二醇苯醚等。但由于醇醚类本身化学性质的限制，任何单一的醇醚类化合物都不能与全部的乳液具有良好的相容性，而且如果加入不当，会导致涂料在生产过程中造成破乳，给生产带来损失。另外醇醚类的挥发性较高，且带有一定毒性，在安全环保方面受到很大局限。另外有些成膜助剂如乙二醇醚类在高pH值的乳液体系中会发生水解反应，严重影响性能的发挥。

专利CN100347251C公开一种丙二醇苯醚的复配型成膜助剂，该成膜助剂以丙二醇苯醚为主要原料，复配了乙二醇、二丙二醇和二甘醇，提高了丙二醇苯醚的相容性，降低了凝固点，但该复配成膜助剂无法改变醇醚类化合物的毒性。

专利CN1195656A公开了一种反应性成膜助剂，但此种成膜助剂的使用复杂，需要再添加引发剂，成本高，目前尚未在水性乳液涂料中得以大规模应用。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能够有效降低水性乳液涂料成膜温度，改善成膜性能且使用安全环保的成膜助剂及其使用方法。本发明的全环保型成膜助剂可与任何一种聚合物乳液都具有良好的相容性，而且与醇醚类成膜助剂相比，即使长期接触也不会对健康造成损害，使用简便安全。本发明的全环保型成膜助剂不溶于水，沸点高，使用量少，属于无VOC产品，可为涂料生产带来显著的经济效益和社会效益。

发明要点：

全环保型成膜助剂由I型的酮醇酯类化合物和II型的二酸酯类化合物组成，它们的结构表达式分别为：

I型：酮醇酯类化合物：

II型：二酸酯类化合物：

I式和II式中：

R₁-R₆分别表示烷基，其中R₁、R₂和R₃分别表示碳原子数为1-13的烷基，优选碳原子数为1-9的烷基，更优选为碳原子数为1-6的烷基；

R₄、R₅、R₆分别表示碳原子数为3-17的烷基，优选碳原子数为3-12的烷基，更优选为碳原子数为3-10的烷基。

其中I型化合物在全环保型成膜助剂中的质量分数为0-100％，优选为50-100％，更优选为80-100％。II型化合物在全环保型成膜助剂中的质量分数为0-100％，优选为0-50％，更优选为0-20％。

本发明还提供了一种全环保型成膜助剂的使用方法，将上述全环保型成膜助剂在水性乳液涂料的生产过程中加入，成膜助剂的添加量为涂料中聚合物乳液固含量的1-30％，最好为1-12％。