水性乳液的玻璃化温度

玻璃化温度(Tg)是非常重要的参数之一,通常玻璃化温度高,最低成膜温度(MFFT)也会高。

在一般涂料用乳液的产品中,有几项比较重要的参数:如外观、固含、pH、粘度、玻璃化温度(Tg)或最低成膜温度(MFFT)等。

其中,玻璃化温度(Tg)是非常重要的参数之一,通常玻璃化温度高,最低成膜温度(MFFT)也会高。

R-C (11).jpg

玻璃化温度的概念

高聚物在恒定压力下,制品的形变状态与温度变化的关系:低温区间,高聚物呈刚性,与外力作用形变很小,状态类似玻璃,称为玻璃态;升温至特定区间,与外力作用下形变明显且一定温度区间随温度升高,形变变化相对稳定,称为高弹态;温度升高至高聚物形成粘性流体,形变不能恢复,称为粘流态

一般,玻璃态向高弹态的转变叫做玻璃化转变,形态转变过程的温度区间称为玻璃化温度(Tg);高弹态向粘流态转变,转变过程区间温度,称为粘流温度(Tf)。

玻璃化温度的计算

Tg>40℃时,称之为硬单体;

Tg<-10℃时,称之为软单体;

-10℃≤Tg≤40℃称之为软硬适中的单体。

针对不同用途设计不同Tg,乳液共聚物理论Tg可按照FOX方程近似估算:


值得一提的是,玻璃化转变温度的计算与实际温度存在着一定偏差。    


玻璃化温度的测量

可以利用聚合物的体积变化、力学性质、热力学性质、电磁性质采取不同的仪器方法测试其玻璃化温度。

常用的测试方法有膨胀法、热机械法、差示扫描热法(DSC)、DTA法、动态力学性能分析(DMA)法、核磁共振法(NMR)。差示扫描热法(DSC)是最传统、最常用的测量方法,测量试样和参比物的功率差(热流率)与温度的关系,进而得到材料的玻璃化转变温度。

玻璃化温度的影响因素

(1)分子链柔顺性:分子链柔性越大,玻璃化转变温度越低;分子量刚性越大,则玻璃化转变温度越高。

(2)交联:聚合物分子交联,减少自由体积,分子链运动受阻,柔性降低,玻璃化转变温度升高。

(3)分子量:分子量小,该影响因素明显。分子量超过一定程度,玻璃化转变温度随分子量变化就不明显了。

(4)增塑剂:增塑剂对玻璃化转变温度影响较为明显。玻璃化转变温度较高,加入增塑剂之后,玻璃化转变温度明显降低。

(5)离子键:引入高分子链中,可以显著提高玻璃化转变温度。

玻璃化温度对漆膜性能的影响

以丙烯酸乳液为例:

1、Tg越高,则涂膜越硬(但要注意涂膜不能脆)、抗划伤性越强。在夏天温度较高时涂膜不易变软、回粘和受到污染。

2、Tg越高,涂料的溶剂释放性越好,施工后涂膜干性越好 。

3、Tg越高,树脂反应最终黏度越大,制漆后耐溶剂、耐腐蚀性能越好。