专利名称：：一种全环保型成膜助剂及其使用方法
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V0C(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縮小，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(匪FT)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°C以上，有些可形成高硬度涂层的乳液，其Tg可高达80°C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，降低匪FT，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匪FT，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ooIIII——C——O——R2——C——R3IOHII型二酸酯类化合物O〇IIIIR4——〇——C——R5——C——O——R6I式和II式中R「Re分别表示烷基，其中&、12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%。本发明的全环保型成膜助剂是在对水性乳液涂料成膜机理的研究基础上得到的。酮醇酯类化合物和二酸酯类化合物对人体健康没有影响，而且沸点高于25(TC，属于非V0C产品。全环保型成膜助剂不溶于水，可避免因为水分挥发或涂层基体对水分的吸收造成成膜助剂流失。全环保型成膜助剂对任何聚合物乳液体系都具有良好的相容性，对于高pH值乳液体系，也不会发生水解。本发明的全环保型成膜助剂不仅可以降低涂料的匪FT，还能够有效改善涂料的成膜性能，提高聚合物涂膜的光泽度、展色性、耐候性等多种性能。具体实施方法在温度为10-50°C，压力为0.1-0.2MPa下，加入表1所给出的各组化合物组分，并不断搅拌使其混合均匀，即制得本发明的全环保型成膜助剂。采用市售纯丙烯酸乳液作为实验体系，该乳液中聚合物的固含量为48±2%，pH为9，匪FT为20°C。实施例1-4:表1:实施例1-4全环保型成膜助剂组分配比(表中数据均为质量分数)组分实施例I<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例5:将实施例1之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的30%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为<2.5t:，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为85，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为C级。实施例6:将实施例1之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的12%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为<2.5t:，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为85，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为B级。实施例7:将实施例1之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的1%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为4°C，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为80，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为A级。实施例8:将实施例2之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的30%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为<2.5t:，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为85，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为B级。实施例9:将实施例2之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的12%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为<2.5t:，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为85，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合5物涂膜的抗粘连性为A级。实施例10:将实施例2之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的1%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为5.5°C，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为80，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为A级。实施例11:将实施例3之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的30%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为<2.5°C，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为80，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为A级。实施例12:将实施例3之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的12%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为<2.5t:，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为80，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为A级。实施例13:将实施例3之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的1%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为6°C，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为75，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为A级。实施例14:将实施例4之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的30%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为<2.5°C，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为80，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为A级。实施例15:将实施例4之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的12%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为6°C，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为75，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为A级。实施例16:将实施例4之全环保型成膜助剂加入到250g纯丙烯酸乳液体系中，加入量为乳液固含量的1%，按照GB/T9267中规定的方法测试聚合物涂膜的匪FT为9°C，按照GB/T1743中规定的方法测试聚合物涂膜的光泽为70，按照GB/T23982中规定的方法测试聚合物涂膜的抗粘连性为A级。权利要求提供一种降低水性乳液涂料成膜温度，提高成膜性能的全环保型成膜助剂及其使用方法，所述的全环保型成膜助剂是由I型的酮醇酯类有机化合物和II型的二酸脂类有机化合物中的一种或两种组成，它们的结构表达式分别为I型酮醇酯类的有机化合物II型二酸酯类有机化合物上述两式中R1、R2、R3分别为碳原子数为1-13的烷基；R4、R5、R6分别为碳原子数为3-17的烷基；FSA00000010458500011.tif,FSA00000010458500012.tif2.按照权利要求1所述的方法，其特征是全环保型成膜助剂中&、12、13分别代表碳原子数为1-9的烷基。3.按照权利要求2所述的方法，其特征是全环保型成膜助剂中RpR^Rs分别代表碳原子数为1-6的烷基。4.按照权利要求1所述的方法，其特征是全环保型成膜助剂中R4、R5、R6分别代表碳原子数为3-12的烷基。5.按照权利要求4所述的方法，其特征是全环保型成膜助剂中R4、R5、R6分别代表碳原子数为3-10的烷基。6.按照权利要求1所述的方法，其特征是I型化合物所占全环保型成膜助剂的质量分数为0-100%，II型化合物所占全环保型成膜助剂的质量分数为0-100%。7.按照权利要求6所述的方法，其特征是I型化合物所占全环保型成膜助剂的质量分数为50-100%，更好为80-100%。II型化合物所占全环保型成膜助剂的质量分数为0-50%，更好为0-20%。8.按照权利要求1所述的方法，其特征是在水性涂料生产过程中加入的。9.按照权利要求1所述的方法，其特征是相对水性涂料中聚合物乳液的固含量，加入全环保型成膜助剂的质量分数为1_30%。10.按照权利要求8所述的方法，其特征是相对水性涂料中聚合物乳液的固含量，加入全环保型成膜助剂的质量分数为1_12%。全文摘要本发明涉及一种全环保型成膜助剂及其使用方法。由同醇酯类化合物和二酸酯类化合物组成。本发明克服了醇醚类成膜助剂环保性差，适用体系范围窄，在高pH值乳液体系中易水解等缺点。本发明用量少、使用简便，适用于任何聚合物乳液体系，且安全环保，能显著降低水性乳液涂料的成膜温度，改善成膜性能。文档编号C09D7/12GK101760070SQ20101010349公开日2010年6月30日申请日期2010年1月29日优先权日2010年1月29日发明者何宏晓,刘宽胜,刘志清,张丽欣,文源,王秀芬,裴浩,陈洁,高志礼申请人:北京斯伯乐科学技术研究院