涂料的乳胶凝聚型成膜机理



乳胶凝聚型-乳胶是聚合物粒子在水中的分散体系,它的干操就是这些果合物粒子凝聚成膜的过程。随着分散合质(主要是水和共涪剂)的挥发,同时产生聚合物粒子的接近、接触、挤压变形而凝集,最后由粒子状态的聚集变成为分子状态的凝聚而形成连续的涂膜。 乳胶成膜的过程比较复杂,目前的看法也不尽相同,其中比较有代表性的为凝聚理论、毛细管理论和相互扩散理论,这里仅对毛细管理论作一简介。乳胶涂艘以后,乳胶粒子仍可以布朗运动形式自由运动,当水分蒸发时,它们的运动逐渐受到限制,最终相互靠近成紧密堆积。乳胶粒子表面存在双电层,使这些粒子不能直接接触,它们之间要形成曲率半径很小的空隙,相当子众多的“毛细管”,毛细管中充满水,产生毛细管力,从而对乳胶粒子产生压力,其压力P大小可由Laplace公式估计: 式中,Y为表面张力(或界面张力);,:和r$为曲面的主曲率半径。水分再进一步挥发,表面压力随之不断增加最终导致克服双电层的阻力,使乳胶内的聚合物直接接触。聚合物间的接触又形成了聚合物一水的界面,界面张力引起新的压力,此种压力大小也和It率半径有关,同样可用Laplace公式计算。毛细管压力加上聚合物和水的界面张力互相补充,这个综合的力可使聚合物粒子变形并导致膜的形成。压力的大小和粒子大小相关,粒子越小,压力愈大。 上述讨论只说明了促使乳胶成膜的力的来源,乳胶粒子在此种力的作用下是否能成膜还决定于乳胶粒子本身的性质.如果乳胶粒子是刚性的,具有很高的玻璃化温度,即使再大的压力,它们也不会变形,更不能互相融合。位子间的融合需要聚合物分子的相互扩散,而这便要求乳胶粒子的玻璃化温度较低,使其有较大的自由体积供分子运动。扩散融合作用又称自教合作用,通过这种作用最终可使粒子融合成均匀的薄膜,并将不相容的乳化剂排除出表面。因此,一方面,乳胶是否成膜取决于由表面(或界面)张力引起的压力,而这种力是和粒子大小相关的。另一方面,又要求粒子本身有较大的自由体积,如果成膜时的温度为了,乳胶粒子的玻璃化温度为Tg,〔T一TO必须足够大,否则不能成膜。例如聚抓乙烯乳胶在室温下便不能成膜。为使其成膜,必须加热至某一温度,此温度称最低成膜温度;也可以在乳胶中加增塑剂,使乳胶的Tg降低,这样可将“最低成膜温度”降至室温。在涂料中往往是加一些可挥发的增塑剂(溶剂)来降低最低成膜温度,此种可挥发的增塑剂又称助成膜剂,它们在乳胶成膜后可挥发掉,使薄膜恢复到较高的Ts。


 

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