应用解读-成膜助剂对聚合物分散体固化过程的影响

引言

涂料主要由颜料，粘结剂和溶剂组成，此外，还有多种添加剂用于调节和优化涂料具体的属性，如干燥时间、流动行为、薄膜形成、紫外线稳定性、光泽度等。如今，水性聚合物分散体被广泛用作粘结剂/溶剂体系，其中，丙烯酸酯就通常用作聚合物分散体(如用于丙烯酸涂层) 的成膜助剂，成膜助剂对涂料主成分Tg的影响可通过DSC测量快速测定。

实验细节

向浓度为0.5%、1%、2%、3%和5%(质量百分比)的聚合物分散体中添加了成膜助剂。在室温下搅拌混合物30分钟，之后将其倒到玻璃盘上形成薄膜。然后，在室温下对样品干燥18小时，从薄膜上冲压出直径为5 mm的样品，并使用梅特勒-托利多DSC 3，以10 K/min的加热速率在40-μL的铝坩埚中进行了测量。样品在40˚C下干燥1h，使用梅特勒-托利多HS82 显微热台对裂纹的形成进行研究。

结果分析

通过显微热台对使用(左)和不使用(右)3%成膜助剂(质量百分比) 的丙烯酸树酯分散体样品来研究成膜助剂对干燥后所产生薄膜质量的影响。图1显示了完全干燥后两个薄膜的图像，不带成膜助剂的样品干燥后显示了明显的裂纹。干燥了包含至少3%或更多成膜助剂的样品之后，形成的薄膜较为平整。带有5%成膜助剂的丙烯酸树酯分散体在干燥之后仍然具有轻微粘性。

图2显示了包含不同浓度成膜助剂的5种干燥后聚合物薄膜的DSC测试曲线。图3将测量的聚合物薄膜玻璃化温度的下降绘制成膜助剂浓度的函数。纯聚合物分散体的玻璃化温度约为35˚C。包含5%成膜助剂的聚合物薄膜的玻璃化温度会低大约13 ℃，但干燥后的薄膜仍然具有轻微粘性。随着时间的推移，其粘性会越来越小，因为成膜助剂会慢慢蒸发，从而导致薄膜的玻璃化温度升高。图1显示，3%的成膜助剂已经足以产生平整的非粘性薄膜，但浓度小于3%的成膜助剂体系形成的薄膜中会产生越来越多的裂纹。

结论

聚合物分散体中聚合物颗粒的玻璃化温度在某些温度范围内对应于最小薄膜形成温度。不同成膜助剂和成膜助剂浓度对聚合物分散体最小成膜温度的影响可以通过使用DSC测量玻璃化温度来进行研究。