随着对低气味、环境友好型涂料与优异性价比要求的提高,醋酸乙烯- 乙烯的共聚物( VAE) 乳液作为一种高质量的粘结剂在建筑涂料市场越来越重要,由于VAE 乳液不仅能提供优异的性能,而且能使内墙涂料配方满足低VOC( 挥发性有机化合物) 和低气味的要求。虽然人们对一种硬单体( 醋酸乙烯,VA) 与一种软的疏水单体( 乙烯,E) 聚合的优点已经有长久的认识,但是由于过去VAE 共聚物乳液的成本通常太高而不能在市场广泛应用。在过去的10 ~ 15 a,由于改进了生产工艺,而获得了更高的生产效率,同时使得原材料的可用性和价格发生了改变。而且,随着对环境关注度的增加和涂料行业对VOC 的限量更为严格,在不牺牲涂料性能的情况下,使用对成膜助剂需求量更低的乳液变得更为重要。因此基于醋酸乙烯- 乙烯( VAE) 的高质量乳液在涂料行业应用日益增多。
1 VAE 技术基础
VAE 乳液是醋酸乙烯和乙烯单体通过高压聚合而成。聚醋酸乙烯是一种比较硬的材料,Tg相对较高,通常乙烯与其聚合可以使聚合物具有更大的弹性。因此,醋酸乙烯- 乙烯的共聚物乳液不仅具有均聚物在强度和耐热性方面的优点,而且具有更好的附着力和成膜性。典型的VAE 乳液是由固体的聚合物颗粒分散在水介质中形成的白色液体。为了阻止聚合物粒子重新粘在一起和凝聚,聚合物粒子的周围有一些保护性的物质。常用于保护体系的物质是表面活性剂和保护胶体。这些物质不仅用于保护聚合物粒子,而且用于控制乳液的黏度和一些其他性能,如耐水性。在涂料行业,表面活性剂保护的VAE 乳液具有更大的优点,如细粒径,具有较好的喷涂性、触变性、耐水性,且漆膜有光泽。
2 提高性能
聚合物主链的基本性能决定了这种乳液对于特定的终端应用的适应性。用于涂料的VAE 乳液主要的优点之一就是乙烯直接聚合在聚合物的主链上,聚合物中的这些乙烯单元充当了紧密结合的内增塑剂,防止了增塑剂迁移。乙烯聚合在聚合物的主链上,使得VAE 共聚物乳液展现出了更高的弹性,同时也使得VAE 乳液的链段更容易缠绕,从而更容易成膜。而且,在与醋酸乙烯聚合时,乙烯比其他共聚单体能更有效地降低玻璃化转变温度和低成膜温度( MFFT) 。
在涂料中,VAE 乳液作为粘结剂,提供涂料的附着力、内聚力,并提高一些重要的性能,如光泽、弹性和柔韧性。VAE共聚物的一个优点是它能用来设计具有超高耐洗刷性并且不含成膜助剂的配方。另外,VAE 乳液还能明显改善涂料的一些关键性能,如低温成膜性,同时还能降低涂料配方的总成本。而且,VAE 乳液能提供高粘结性能、具有较好的流变性、优异的应用性能和施工性能,因此,VAE 乳液可满足更高应用和性能需求的涂料配方要求。
2. 1 低VOC 涂料
技术需求的增加要求当今的涂料是一种安全可靠、高质量和高性能的产品。另外,涂料原材料的环境兼容性也被更多地关注。从全球来看,小化VOC 的方案的需求在涂料市场日益增加。因此,将来的涂料必须具有低环境影响,同时遵守日益严格的环境要求、标准和法规。VAE 共聚物乳液本身具有低VOC 含量的原因是乙烯单体直接聚合在聚合物的主链上,使得乙烯成为醋酸乙烯聚合物乳液理想的内增塑剂。值得注意的是,醋酸乙烯与乙烯的聚合比其他单体能更有效地降低乳液的玻璃化转变温度和低成膜温度,从而减少了低VOC 涂料配方中成膜助剂的用量。表1 和表2 中所示的是醋酸乙烯- 乙烯共聚物乳液与低成膜温度( MFFT < 1 ℃) 的醋丙乳液和苯丙乳液对比实验的结果。实验中使用了45% PVC 和65% PVC 的低VOC 涂料配方。
从表1 可以看出,VAE 乳液具有更好的耐洗刷性和低温成膜性能。这可能由于以下的2 个原因引起的: ( 1) 相对于丙烯酸丁酯,乙烯与醋酸乙烯具有更相似的竞聚率,反应更为容易,从而VAE 共聚物比醋丙聚合物聚合链上的单体分布更无规。这些无规的分布使得VAE 共聚物具有较好的成膜性能和耐洗刷性。( 2) 乙烯结合在聚合物的主链上,为主链提供了柔韧性,而醋丙乳液是侧链具有柔韧性。正是由于主链的柔韧性,在相似的环境下,VAE 乳液比醋丙乳液显示了更好的延伸性。
表2 中的实验结果再次显示了VAE 乳液具有更好的耐洗刷性和低温成膜性能。而且,基于VAE 乳液的涂膜比基于低成膜温度的苯丙乳液的涂膜具有更好的遮盖力。遮盖力不同,可能是由于折射率的不同。在涂料干膜中,遮盖力由二氧化钛和乳液的折射率差异决定。二氧化钛是折射率很高的物质。当二氧化钛的折射率确定,乳液的折射率越低,涂料干膜的遮盖力越高。醋酸乙烯单体的折射率比苯乙烯单体的折射率低,造成VAE 聚合物比苯丙聚合物的折射率低,符合表2 中所看到的结果。