二丙二醇甲醚/二丙二醇丁醚在水性木器涂料中的应用

水性木器涂料的基本组成有：主成膜物质(乳液)、成膜助剂、润湿剂、消泡剂和填料等。其中成膜助剂又称为聚结助剂，它能促进乳胶粒子的塑性流动和弹性变形，改善其聚结性能，使其能在广泛的施工范围内成膜。

成膜助剂的选择要注意以下几个方面：

(1)成膜助剂必须是聚合物的强溶剂，能有效地降低聚合物的玻璃化温度，并具有很好的相容性；

(2)水中溶解性小，易为乳胶粒子吸附而有良好的聚结性能，成膜助剂应集中分布在乳胶微粒的内部和乳胶微粒表面保护层内；

(3)适宜的挥发速度，在成膜前保留在涂膜中，其挥发速度应低于水和乙醇，成膜后须完全挥发；

(4)不影响乳胶体系的稳定性；

(5)安全性，对人和动物无毒害。

好的成膜助剂应具有安全环保、添加量少、干燥速度快以及有效地降低水性乳液的最低成膜温度等特性。醇醚类溶剂因兼有成膜助剂和共溶剂两方面的作用，是最适用于水性木器涂料体系的良好溶剂。在水性木器涂料的配方中为了取得较好的成膜效果和较快的干燥速度，一般选择两种成膜助剂复配。本研究选用水性木器涂料中常用的醇醚溶剂，测试不同成膜助剂对涂膜性能的影响，并确定**的复配方案。

1　实验部分

1.1　原料与器材

实验原料：乙二醇单丁醚(BCS)(纯度≥98%)、二乙二醇丁醚(BDG)(纯度≥98%)、二丙二醇甲醚(纯度≥98%)、二丙二醇丁醚(纯度≥98%)，水性丙烯酸乳液(固含量40%，Tg为42℃)；去离子水。

实验器材：HFSY-4型变频式高速分散机；micro-TRI-gloss型光泽仪；SZQ型湿膜制备器；101-0型鼓风电热恒温干燥箱；涂-4#杯黏度计；STM-IV型斯托默黏度计；电子天平(精度0.01 g)。

1.2　制样工艺

向水性丙烯酸乳液中加入润湿剂和消泡剂，机械搅拌15 min，然后用300目滤布过滤备用；在搅拌下，向乳液中缓慢滴加成膜助剂，1 h后测试黏度的变化；在玻璃板上制膜，放入干燥箱中烘干，检测涂膜物理性能。

1.3　性能测试及表征

干燥时间：按GB/T 1728—79中乙法规定进行。

光泽：按GB/T 9754—1988规定进行。

耐水性：将水滴于涂好涂料的玻璃板表面，经24h察看涂膜表面变化情况。

耐咖啡性：将咖啡涂于玻璃板表面，1 h后擦拭干净看涂膜的变化。

2　结果与讨论

2.1　不同成膜助剂对涂膜性能的影响

选用水性木器涂料中最常用的4种醇醚类成膜助剂，分别为乙二醇单丁醚(BCS)、二乙二醇丁醚(BDG)、二丙二醇甲醚(DPM)、二丙二醇丁醚(DPnB)进行考察，其基本参数见表1。需注意的是，BCS已被列入“双高”名录，限制使用。

2.2　不同成膜助剂对涂膜性能的影响

将含有1 000 g丙烯酸乳液、0.5%(质量分数，后同)BYK-346和0.5% BYK-024的基料用300目滤布过滤后，在搅拌条件下，分别加入体系总质量2%、4%、6%、8%和10%的成膜助剂，在泡沫消失后测定涂料样流体黏度的变化，然后刮膜(厚100 μm)制板，涂膜后在50 ℃条件下干燥1 h，检测涂膜的光泽度及抗性，结果如表2～表5所示。

从表2～表5中可以看出，4种成膜助剂对低温成膜性能的影响由优到劣的顺序为：DPnB＞BDG＞＞BCS＞DPM；对黏度的影响由优到劣的顺序为：DPM＞BDG＞BCS＞DPnB；对光泽的影响由优到劣的顺序为：DPnB＞DPM＞BDG＞BCS；对抗性的影响由优到劣的顺序为：DPnB≥BDG＞BCS≥DPM。

从上述分析结果可知，DPnB和BDG对乳液溶解能力较强成膜性较好，涂膜光泽度和抗性均较高，但其挥发速率较慢；而DPM和BCS挥发速率较快，但低温成膜性能及抗性较差。单一成膜助剂很难使水性木器涂料各方面的性能都达到**，因此，考虑成膜助剂的复配以期得到**的成膜效果。

2.3　复配成膜助剂对涂膜性能的影响

考虑涂膜的物理性能和化学性能，需要增加疏水慢干成膜助剂的量；考虑涂膜的干燥速度、涂料的黏度，需要使用低沸点的快干成膜助剂；考虑到现场的施工条件、对涂膜的性能要求等，可适量复配部分高沸点的溶剂。高低沸点成膜助剂复配使用时，低沸点成膜助剂的挥发速率和高沸点成膜助剂的溶解能力发生协同作用，从而使涂膜有较高的硬度、较好的表面效果以及高的光泽。因此，本研究选择高低沸点成膜助剂进行复配，考察其在不同基料体系中对涂膜性能的影响。其中，对泡沫的影响是向200 mL量筒中加入100g漆样，测量体积；干燥时间是指将150 μm厚的涂膜放置在湿度为40%的环境中于30 ℃条件下干燥所用的表干时间。以水性丙烯酸乳液、0.5% BYK-346及0.5% BYK-024为基料，成膜助剂用量为体系总质量的8%时，实验结果如表6所示。

以水性丙烯酸乳液、0.5% BYK-346、0.5% BYK-024及0.4% FX1010为基料，成膜助剂用量为体系总质量的8%时，实验结果如表7所示。

从表6和表7可以看出，4种常用醇醚溶剂根据高低沸点两两复配后，对泡沫的影响差别不大；DPM与DPnB复配及BCS与DPnB复配后的涂膜黏度稍大，干燥速度则较快。考虑到对人的毒性，乙二醇丁醚已被国家禁止使用，**选择丙二醇醚及其醚酯类作成膜助剂。因此，成膜助剂DPM与DPnB复配既能满足涂膜性能的要求，也更安全环保。

2.4　成膜助剂复配比例对底漆透明度的影响

以水性丙烯酸乳液、0.5% BYK-346及0.5% BYK-024为基料，成膜助剂用量为体系总质量的8%时，将含有成膜助剂m(DPM)∶m(DPnB)＝5∶3和m(DPM)∶m(DPnB)＝3∶5的水性透明底漆(不含粉体)喷涂3遍，用量为120g/m2，每遍室温干燥4 h，结果如表8所示。

从表8可以看出，成膜助剂m(DPM)∶m(DPnB)＝5∶3时，底漆透明度良好；成膜助剂m(DPM)∶m(DPnB)＝3∶5时，底漆泛白。要说明的是，成膜助剂的实际复配比例及用量需根据特定的乳液来确定。

2.5　成膜助剂气味的影响

气味大小也是评价成膜助剂好坏的指标之一。成膜助剂气味的影响主要有两个方面：一方面是，施工时挥发的有机溶剂散发的气味对施工人员的影响；另一方面是，由于干燥时间短，包装过急等原因，造成封闭空间内溶剂浓度过高，开封时溶剂散发的气味对消费者的影响。因此，本研究以水性丙烯酸乳液、0.5%BYK-346、0.5% BYK-024、4% DPnB及0.4% FX1010为基料，对加入不同成膜助剂后的罐内气味和涂膜气味进行了测试，结果如表9所示。

其中，罐内气味是将800 g水性木器涂料装于1 L容器内，30 ℃温养，隔夜后的开罐气味。涂膜气味是在30 cm×30 cm玻璃板上喷涂涂料，每遍200 g/m2，表面干后再次施工，共喷涂3遍，然后在30 ℃条件下干燥1 h后，将涂膜封闭于1 L容器内，30 ℃温养，隔夜后的开罐气味。

从表9可以看出，DPM和DPnB用于成膜助剂时，罐内气味和涂膜气味均较小，对施工者和消费者的影响也较小，更加安全环保。

3　结　语

单一的成膜助剂很难使涂膜的各性能都达到**，将成膜助剂复配可以取得较好的成膜效果和较快的干燥速度。

综合考虑水性木器涂料的稳定性、环保性、成本、性能及施工性能等因素，成膜助剂DPM和DPnB复配是现阶段较优的选择，其用量及配比则由特定的乳液及涂料配方决定。