聚结剂是乳胶漆中不可分割的组成部分，含有聚合物分散体，其成膜最低温度(MFFT)高于涂料的应用和干燥温度。然而，在实践中，在许多低mfft涂料中，聚结剂也被用于提高涂料的成型质量，特别是在低于室温的温度下。用于生产乳胶漆的大多数聚合物分散剂的MFFT为50°F至77°F(10°C至25°C)。

市场需求意味着油漆的预期应用温度通常可以在41°F(5°C)开始。这也适用于干燥，但应该记住，在干燥过程中，在几分钟或几小时内，温度可能会周期性地下降到41°F(5°C)以下，并在涂层形成期间保持在一个临界温度。水在32°F至39°F(0°C至4°C)内结冰。因此，有效的结合作用不仅需要在刚低于成膜温度的区域，而且尤其需要在水开始结冰的临界范围内。

也不应忘记，涂料配方中的聚结剂在更有利的温度下也会出现，例如77°F(25°C)。如果选择聚结剂的程序仅仅局限于检查MFFT和确定形成非破裂膜的有效剂量，那么以这种方式选择的聚结剂可能在低温下不能形成适当的膜，并且可能在正温度下干燥时影响许多涂层性能。

聚结剂案例研究

在案例研究中，使用了六种不同性质的不同聚结剂，包括与水的混相性有显著差异的聚结剂(表1)。

MFFT的测定

首先，确定了实现39°F(4°C)以下MFFT所需的结合剂量。根据ASTM D2354的要求，使用Rhopoint MFFT Bar 60进行测试(图1)。测试是针对聚合物分散剂的混合物进行的，其中含有阶梯级增加剂量的聚结剂。不含聚结剂的聚合物分散体系的初始MFFT为57°F(13.9°C)。

所使用的聚合物分散体是一种Tg近似的苯乙烯-丙烯酸乳胶粘合剂。75°F(24°C)，根据制造商的TDS，大约是一种非挥发性物质。重量占50%。图2显示了聚结剂剂量对弥散重量和MFFT的依赖关系图。

添加到配方中的聚结剂的数量是由图2所示的MFFT的有效减少量的测定所决定的。用于制备油漆样品的聚结剂的剂量如下:

• PMA: 16%* (MFFT降至37°F / 3.1°C)**

• BDGA, TMPDMIB和WS: 3%* (MFFT降低到32°F/0°C)

• BDG和TMPDDIB: 4%* (MFFT降至32°F/0°C)

*(聚合物乳胶分散剂总量的用量)

**在PMA的情况下，没有通过在非常高的剂量下获得结果来测试高剂量

配方

一种乳胶漆配方，PVC含量约为33%，是用于着色的中等底色，用于粘结试验，如表2所示。

油漆样品制备

涂料样品在实验室规模上由之前制备的表面活性剂稳定浆液02(表3中的配方)制备，该浆液在稀释阶段被引入到聚合物分散体系中。浆液的制备方法是将必要数量的杀菌剂和消泡剂引入油漆中。

浆液被引入锚式搅拌机下，并进一步加入配方中的成分。所制备的培养基的碱基用约2 fl oz/gal量的浓缩蓝色糊状物着色。所有样品制备所用的水的电导率均<1µS/cm(水脱矿站离开水的测量值)。通过调整涂料的稠度，在90-100 KU的范围内选择配方中使用的流变添加剂的数量。使用Stormer数字粘度计根据ASTM D562进行一致性测量。

实验

该实验的目的是表明，从制备的油漆样品中，不同的聚结剂对油漆和涂料的某些性能的变化有多大程度的影响，并验证仅根据聚合物和聚结剂分散的MFFT变化确定的剂量是否与按照标准化方法对油漆进行的测试得到的结果相关。这些颜料在试验前被彻底混合。

MFFT

虽然MFFT测试对聚合物分散-聚结混合物进行了测试，但决定对制备的涂料也进行该测试，以查看制备的涂料中聚结率之间是否有任何差异。根据ASTM D2354的要求，使用Rhopoint MFFT Bar 60，用间隙为75 μ m的立方体涂抹器涂抹油漆条。在测试范围" 0 ":14°F至46°F(-10°C至8°C)下进行的测试。

低温聚结(LTC)

试验是按照ASTM D7306标准进行的。涂料在冰箱中储存4小时内冷却到低温，对于这个测试39°F±4°F(4°C±2°C)。衬底和间隙涂药器在相同的温度条件下进行调节。测试底物是具有两种吸水性的卡片——吸水性(未密封)和非吸水性(密封)表面。

涂料使用高间隙涂抹器和自动拉下机，在这种情况下400 μ m间隙，以增加测试的侵略性(较厚的层可以容忍更糟糕的测试条件)。在与之前相同的温度下保存涂层18小时后，去除涂层，加热至73°F(23°C)，并在放大镜下判断吸收性和非吸收性表面的开裂、光泽变化和外观。

屏蔽性能

用间隙涂抹器和自动拉降机获得的涂层在符合ASTM D3924的条件下调节7天，即73°F(23°C)和相对空气湿度50%±5%。然后，使用断头台切割1.5英寸的正方形，面对面对折，并加载1.8 psi(127克/厘米)²)，放置在115-125°F(48-52°C) 30分钟。取出后，在实验室条件下再冷却30分钟，并评估其表面剥离的容易程度，如果涂层粘在一起，则评估其密封程度。试验和评价按照ASTM D4946进行。

Scrubbability

擦洗试验按照ASTM D2486进行。用缝隙涂抹器和自动吸光机将测试的油漆涂在塑料面板上，并在73°F(23°C)的标准大气和相对空气湿度50%±5%的条件下调节7天。

根据ASTM D2486的要求，使用454-g的尼龙刷进行擦洗，该刷经过适当的准备(在水中浸泡，预先擦洗等)和研磨介质。在涂层面板下面是一个垫片，说明涂层失效的位置。

一致性和稳定性

样品的一致性在faerb制备后(将一致性调整到指定值后)立即进行评估，在制备后的晚上和7天后。使用Stormer数字粘度计根据ASTM D562进行一致性测量。

在油漆测试中，观察到样品的沉降。根据ASTM D869，用标准化的抹刀进行沉降评价。

Anti-Sag指数

根据ASTM D4400(水性涂料用注射器和针预剪程序)评估下垂。通过电机驱动Leneta ASM-4涂抹器(4-24 mils间隙)以150 mm/s的速度进行降压。

测试结果

以下是在项目范围内进行的测试结果。

MFFT

根据在32°F(0°C)下测定MFFT的测试程序，所有被测试油漆都达到了涂层形成。每个样品在大约26°F(-3.0°C)的温度范围内都有连续的涂层(10倍放大时没有裂缝)。在这个范围以下，涂层被冻结(覆盖一层霜)。试验表明，所有涂层都是在给定的测试温度范围内形成的。

LTC

用10倍放大镜进行评估。根据ASTM D7306 -开裂评价体系进行评定。总得分是对吸收性基质(未密封)和非吸收性基质(密封)评分的相加。表4展示了LTC评分和注释。

图3a-5b显示了吸水性表面和非吸水性表面的涂层差异。所有照片都是在10倍放大下拍摄的。

吸收基板(未密封)

BDG

非吸收基板(密封)

BDG

吸收基板(未密封)

TMPDMIB

非吸收基板(密封)

TMPDMIB

吸收基板(未密封)

TMPDDIB

非吸收基板(密封)

TMPDDIB

在冰箱LTC测试期间，每1分钟用温度记录仪控制温度和湿度条件。测试期间的温度约为40°F(约40°F)。4.5℃)稳定后(将样品放入冰箱后)。在18小时的干燥过程中，冰箱内的相对湿度为60% ~ 84%。

屏蔽性能

图6-11显示了从烤箱中取出并分离表面后的涂层外观。表5显示了密封的额定值和解释。

Scrubbability

按PMA与WS、BDGA与BDG、TMPDMIB与TMPDDIB方案对配对涂料进行磨砂试验。继续擦洗直到试验方法中所定义的失效突破。图12显示了发生高强度涂层失效的一对对涂层的图片。

照片是在耐擦洗性较高的涂层测试结束时拍摄的，根据测试方法得到的每种涂层的值如表6所示。

一致性和稳定性

一致性度量结果如表7所示。

在测试所述参数期间，观察油漆样品中是否存在沉淀物。他们没有接受加速测试，但在实验室条件下观察了行为。根据这些观察结果，我们注意到在BDG和BDGA样品中，在制备几天后出现沉淀物。在几个星期的时间里，和解的形式越来越多。评分如表8所示，可视化结果如图13所示。

Anti-Sag指数

坍落结果如图14所示，每个样品的抗坍落指数评分范围为4 ~ 24 mils。

测试结果的讨论

下面讨论和解释测试结果。

MFFT

对于测试的聚结剂，确定的聚结剂剂量确保了混合聚合物分散体和聚结剂在32°F(0°C)下形成薄膜，但PMA除外，其极高的剂量(每个聚合物分散体16%)允许在37°F(3.1°C)下形成薄膜。根据相同的ASTM D2354测试程序，根据ASTM D2354测试方法，在14°F至46°F(-10°C至8°C)范围内，用单一聚结剂制备的涂料可形成薄膜。

LTC

验证在现实生活中可能发生的低温条件下涂层形成的测试是LTC测试，为此目的添加了聚结剂。低温试验结果表明，BDG聚结剂没有在吸收剂(未密封)基板上形成涂层。聚结物TMPDMIB和TMPDDIB在两种基板(吸水性和非吸水性)上都没有形成涂层。

考虑TMPDDMIB和TMPDDIB这两个合并的情况作为第一种情况。基于MFFT测试的选择剂量设置为每个聚合物分散的3%的剂量水平，并确保在MFFT测试条件下，在32°F(0°C)下连续形成薄膜。需要强调的是，根据标准评价方法进行的MFFT测试不同于在不同吸光度的基材上进行的LTC测试，并在涂层上方显著不同的空气湿度条件下进行。这两种结合的例子表明，尽管从MFFT试验中确定了3%的剂量，但这个剂量不足以形成低至39°F(4°F)的涂层。在上述例子的基础上，以4%的剂量进行的测试可以在LTC测试中获得令人满意的结果和涂层的形成。这两种聚结剂的实例说明，只有在MFFT试验的基础上确定聚结剂的剂量的基础上，才应该非常谨慎地选择聚结剂，选择方法应该是多方面的，针对不同的聚结剂剂量、不同的温度和使用不同的测试方法，其中LTC是最重要的之一。

BDG的例子展示了完全不同的东西。在降低的温度下，聚结BDG不会在吸收基板(未密封)上形成涂层。在密封的，非吸收基板上的涂层是连续的，不显示裂缝。应该记住，在涂层的形成和干燥过程中，所有挥发性成分(水、结合力、添加剂的其他挥发性成分等)都从涂层中蒸发。这种进入环境的蒸发以一种明显的方式发生，然而，人们不应该忘记水和其他成分的吸收，包括结合力，进入基质。

建筑涂料通常涂在高吸水性的基材上。即使使用底漆或密封剂，这种吸收性仍然存在。如果聚结剂不与水混合(它在其中形成水滴)，它不会随水蒸发到大气中，但也不会随水被吸收到基质中。涂层排出水后，与水混溶性较低或几乎不混溶的聚结剂将继续参与涂层的形成，不会因其部分释放到基体而“耗尽”。在聚结的情况下，与水的混相性非常高，而BDG显示这种混相性(995 g/L)，我们可以在LTC测试的例子中看到。

水和聚结剂以混合物的形式返回到基板上，部分聚结剂丢失而不参与涂层的形成(图15)。在低温下，这一现象进一步加剧了延长的干燥时间，更高的空气湿度，减少流动的水粒子和聚合物在涂层形成过程中分散。

在较低的温度下，干燥过程通常以更快的速度排放到基材，而不是蒸发到环境中，这增加了湿度。这样的条件甚至更有利于水凝聚混合料在基体中的不利吸收。

屏蔽性能

在油漆相互接触的表面时，阻塞特性是非常重要的。这是非常重要的，他们不显示粘性的性质，并没有粘的风险，例如，门到框架。获得抗阻塞特性的时机也很重要。

阻塞试验表明，所使用的聚结剂对抗阻塞性能有显著影响。聚结剂PMA、BDGA和WS可以使涂层相互分离，但仍表现出粘性。测试配方中的BDG、TMPDMIB和TMPDDIB的结合力显示了涂层的密封性，其中TMPDDIB的结合力最小。

没有一个样品得到满意的结果，因为配方中使用的聚合物分散体没有显示出很高的硬度和抗阻塞性。聚合物分散体的Tg是近似的。75°F(24°C)，配方本身并不是专门用于应用，例如，在窗户或门细木工。试验的目的是表明，尽管聚合物分散体和起始配方的平均阻塞阻力不同，但试验中使用的每种聚结剂对结果的变化有不同的影响。

Scrubbability

基于所使用的聚合物分散和相对较低的PVC的测试配方没有显示出惊人的抗擦洗性结果(所有结果都低于1000次循环)。然而，在解释聚结剂对获得的湿擦洗阻力的影响的结果之间存在差异。

使用BDG聚结剂的涂料具有最高的抗擦洗效果(610循环至失效)。大约78%的抗擦洗性是在BDGA涂料中。另一方面，以醇酯为基础的涂料，TMPDDIB评分500个循环到失败，TMPDMIB达到92%的结果。基于pma的油漆评分为280循环到失败，这是基于ws的油漆评分(480循环到失败)的58%。

最低值(基于PMA的涂料)与最低值(BDG油墨样品)的百分率几乎为46%。这些结果表明，聚结剂对涂层的湿擦洗性有显著影响，因为它们对形成的涂层的质量负责。

一致性和稳定性

在制备过程中，调整所有涂料的稠度，以获得90-110 KU的期望值。由于配方中存在HEUR增稠剂(既添加到制备的油漆和颜料中，也添加到料浆中的填料中)，粘度对聚结剂的依赖性很高。聚氨酯增稠剂(HEUR)表现出不同的有效性，有时不稳定取决于共溶剂的极性，在这种情况下，测试中使用的聚结剂也起着作用。

除与WS聚结剂的一致性难以控制外，所有使用的聚结剂的一致性均在预期范围内。它在物理化学性质方面的完全不同，可能是联想增稠的增强，导致涂料的稠度在一晚后略高于110 KU的预期水平。

在污泥评价的情况下，根据使用的聚结剂，也有色素和填料沉降的趋势。

Anti-Sag指数

在坍落试验中，可以看到作为共溶剂的协同作用，特别是作为极性不同的溶剂。不同的结果显然在一定程度上来自调整后的样品的一致性，由于配方中增稠剂的数量不同，无法直接进行比较，以获得所需的一致性。然而，在保持不下垂的趋势上，根据配方中聚结剂的类型有明显的差异。

总结

对六种物理化学性质完全不同的聚结剂(其中关键是与水的混相性不同)进行的一系列案例研究表明，在乳胶漆中应用的适当聚结剂的选择必须得到适当、广泛的实验室测试的支持。在进行研究的基础上，不可能清楚地指出哪一种结合方式更好，哪一种更差。根据测试的参数，可以得到不同的结果，然后可以将其用作选择键。为此目的，有必要为给定的应用程序定义具有优先级的参数，例如阻塞阻力擦洗。进行的试验表明，根据凝聚剂的类型，仅依靠MFFT曲线来选择配方中使用的适当剂量可能是不够的。用额外的LTC测试扩展测试是非常重要的，该测试应始终遵循MFFT曲线，以验证低温和增加湿度条件下的结果。

如需更多信息，请发送电子邮件artur.palasz@spektrochem.pl。