随着涂料技术的不断发展，乳液技术的应用已不再仅限于墙面装饰，而正在向更广泛的应用领域延伸。在进入工业领域时，乳胶涂料所面对的要求也更严苛。在要求成膜性能良好的同时，还要求其具有优良的硬度和最快的硬度建立，因此要求高Tg聚合物乳液;然而，高Tg聚合物的应用也带来如何保证聚合物能在常温自干条件下良好成膜的问题。成膜助剂将发挥重要的作用。
1.成膜机理和成膜助剂
1.1成膜助剂作用
常规乳液是热塑性丙烯酸或丙烯酸改性聚合物。由于合成工艺和要求的不同，所合成的聚合物各具有不同的Tg。乳胶颗粒在干燥过程中要形成连续的膜就必须保证施工环境温度高于Tg，或暂时降低乳胶的Tg。添加烘道等设施可以提高环境温度，但是加热会带来板材变形、能耗的风险，而且其作用也是有限的。而通过成膜助剂降低最低成膜温度，即使在常温亦可成膜，是最佳解决方案，也是目前涂料工业广泛采用的一种辅助成膜手段。
1.2成膜助剂种类
成膜助剂是水分挥发后仍存在于漆膜中的慢挥发溶剂，对漆膜的初期性能有着直接的影响。目前成膜助剂较普遍采用醇醚类和醇酯类。醇酯类被广泛应用于建筑涂料，其特点是强溶解力和成膜性能突出，缺点在于挥发慢。工业涂料产品有着较多初期硬度要求，如金属和木器漆的生产线应用要考虑生产周期、打磨要求、码跺和包装运输等相关早期抗粘连要求。这就决定了在漆膜中的长期驻留的醇酯类成膜助剂不适合在工业涂料中运用。醇醚类助剂在挥发速率方面有着更多选择(部分见表1)，因此在配方时可以提供更多可能性来平衡保证成膜性能和干燥速度;同时其与水和有机物相容性的差别，也便于通过成膜助剂的调整来帮助涂料水油系统平衡的调节。
2.成膜助剂的选择
2.1成膜助剂效率对比
成膜助剂用量的测试在实验中选择乳液A，Tg=58℃，最低成膜温度53℃，金属交联聚合物，厂方推荐用于家具木器漆。本次实验将成膜温度控制在0～5℃，而不是针对一个特定的成膜温度，成膜助剂用量的最终数据可能存在差异(见图1)。同时比较各个溶剂对漆膜硬度的影响(见图2)。
图一
图二
图三
从图1、2可以看出，醇醚类溶剂系列在成膜效率上存在较大差别。达到所要求的成膜温度时，丙二醇苯醚用量最少，二丙二醇丁醚的效果与之接近，而乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚和丙二醇丁醚的用量都超过乳液固含量的35%，效率偏低;但同时乙二醇丁醚却是唯一能在2d后就基本完成硬度建立的，二丙二醇丁醚则是唯一既有高成膜效率又有较快硬度建立的助剂;丙二醇苯醚的表现同醇酯接近，成膜好但挥发慢，硬度建立时间超过1个月，难以满足工业应用对初期硬度的要求。但并不排除个别环境条件对成膜效果有特殊要求，适当加入丙二醇苯醚或12-醇酯还是必要的。随着人们对乙二醇(醚类)溶剂对人体危害认识的逐渐深入，正开始用丙二醇类溶剂替代乙二醇(醚类)。然而丁基溶纤剂———乙二醇丁醚是个例外，它完全水溶而且对水油两相都具有强烈的亲合力(见表1)，这样的特性尚无法找到适合的丙二醇醚类溶剂作替代品，目前仍有诸多原料厂商和生产厂商推荐使用。
2.2依据初步测定用量的配方的性能检测
以上测试中乙二醇丁醚和二丙二醇丁醚的硬度建立都有不错表现，本文选择两者以1∶1的比例作为进一步实验的成膜助剂配合。为保证成膜，初步实验总用量设定为测试中单一乙二醇丁醚的用量为38%，即两者各19%。进一步实验的基本配方如表2所示。
表二
经检测，此配方的乳液最低成膜温度在0℃以下，硬度建立(见图3）已接近单一乙二醇丁醚的表现，只是在2d后的硬度表现稍差，但也已基本接近0.7，铅笔硬度已达HB。
对此配方进行的施工性验证中，选取了不同的涂布量，并进行5℃、25℃、35℃和模拟生产线烘干条件(即喷涂完晾干3～5min，再50℃烘干10min，晾至室温后重涂)测评，分别在玻璃板(考虑其无底材因素影响)及木材表面进行平行施工测试，其他实验条件保持一致。实验发现，不同干燥温度以及在两种底材上的第1涂均成膜表现均良好;而第2涂和第3涂则分别在高温成膜和厚涂时出现不同程度开裂(见表3)，在木材和玻璃表面情况相似。
2.3成膜助剂比例调整和多种底面适用性测试
对于玻璃表面高温厚涂第1涂即出现裂纹的情况(见表3)，本文通过对溶剂类型和用量进行调整，使得漆膜开放时间略有不同，找到了使涂膜无开裂的溶剂配比，如表4所示。而对于在第2涂和第3涂高温干燥时出现较明显开裂，同样的方法却无法根除。本文将此改进后的配方产品施工于其他高PVC底漆表面时，均无一例外地出现开裂，而在低PVC底漆表面则较少出现开裂。考虑到可能是底层疏松的漆膜对上层涂料中溶剂产生吸附，适当增加成膜助剂的量(见表4)应该可保证重涂时成膜良好;但是从表中可以看到，为保证成膜良好而采用慢挥发的丙二醇苯醚部分替换乙二醇丁醚，并不能解决问题，而在乙二醇丁醚保证基本量的前提下，适当添加慢干溶剂能解决开裂问题。
从表4可知，在重涂时存在底面对涂料中溶剂的吸收;同时，当涂层在没有辅助干燥条件时要求很好成膜，首先应保证乙二醇丁醚的基本用量，并以此为前提适当增加慢干溶剂的量，补充底层吸附引起的上层漆膜中有效成膜组分的损失对成膜所造成的不良影响;同时，这样的调整对工业应用所强调的初期硬度影响不大(见图4)。实验中也证实了乙二醇丁醚对水油系统突出的兼容性，可以很好控制表面开放时间和初期成膜，体现了目前其在高Tg乳液应用中的无可替代性。而仅通过添加丙二醇来延长漆膜开放时间，从效果来看也不明显。在实验中，成膜助剂的用量也是保证成膜的主因，而且乙二醇丁醚的调节作用已能满足漆膜开放时间的要求。虽然单纯添加慢干溶剂对降低成膜温度有效，但从施工应用的角度来看，其比较高的溶胀特性易造成结皮问题。
2.4实验结果在应用上的广泛性验证
另外选择多种不同类型的高Tg乳液来检验以上实验结论的通用性：乳液1，自交联丙烯酸聚合物，Tg=50℃，最低成膜温度44℃，推荐用于工业木器漆;乳液2，传统丙烯酸聚合物，Tg=60℃，最低成膜温度56℃，推荐用于金属防护漆;乳液3，传统丙烯酸聚合物，Tg=45℃，最低成膜温度43℃，推荐用于金属防护漆;乳液4，金属交联丙烯酸聚合物，Tg=48℃，最低成膜温度43℃，推荐用于木器漆。实验中依据同样步骤，首先得到乙二醇丁醚作为单一成膜助剂的用量，然后分别为乳液固含量的18%、44%、16%、15%;并依照2.3中对成膜助剂的调整确定用量见表5，并依据同章节中的多种条件施工测试，所选各乳液均成膜良好，硬度建立较快(见图5)，与原先试样的硬度建立过程相似，基本满足了快速施工的要求。由此证明，实验结果的重现性和通用性尚可，可作高Tg乳液应用之初始成膜助剂筛选的参考。
3.结语
丙烯酸乳液因其成熟的技术和良好的性价比，在以后相当长的时期内都会是水性工业漆的首选材料。高Tg乳液工业应用中，成膜助剂的配合是必不可少的，醇醚类溶剂系列产品差异化的溶解力和挥发速率特性提供了配方更多的选择性，在注重成膜效果的同时可以兼顾到配方的可操作性要求。而其中的水溶性快干溶剂虽然对降低成膜温度的帮助有限，但是对系统性能的平衡，尤其是干性有着至为重要的作用，甚至会决定漆膜性能能否得到体现。在本文中乙二醇丁醚在快干和在烘烤条件下的成膜起到了重要作用。而慢干溶剂，如本次测试中采用的二丙二醇丁醚，则提供了很好的成膜保证，同时又是对漆膜硬度建立影响最小的一种选择。
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