實驗2-3　苯丙乳液最低成膜溫度的測定

一、實驗目的

1.了解最低成膜溫度的意義。

2.理解最低成膜溫度的影響因素。

3.掌握最低成膜溫度的測試方法。

二、實驗原理

最低成膜溫度是乳液顆粒相互聚集成連續薄膜的最低溫度，是表征聚合物乳液成膜特性的最常用方法。它是乳膠漆施工的一個使用極限值。如果體系中沒有顏料，當環境溫度超過最低成膜溫度時，乳液就會形成光滑、連續、透明的薄膜；反之，當環境溫度低于最低成膜溫度時，將會形成白色粉狀有裂痕的薄膜。因此，為了滿足實際使用的要求，乳膠漆的施工溫度應超過最低成膜溫度。

影響最低成膜溫度的因素很多，如乳液聚合物的玻璃化溫度、乳液顆粒的粒徑、共溶劑、干燥條件（包括環境溫度、濕度等）、貯存時間、表面活性劑和底材的吸水性等。

1.玻璃化溫度

乳液聚合物的玻璃化溫度是影響最低成膜溫度的最主要因素。

聚合物的玻璃化溫度是其無定形結構由玻璃態轉變為橡膠態的物理轉變溫度。聚合物的玻璃化溫度高，相應乳液的最低成膜溫度也高。玻璃化溫度可通過差示掃描量熱儀測定。由于測定方式不同，一般而言，最低成膜溫度與聚合物的玻璃化溫度不同。

2.乳液顆粒的粒徑

隨著乳液粒徑的增大，最低成膜溫度值呈上升趨勢，且最低成膜溫度僅與數均粒徑有關，而和分散度關系不大。

3.成膜助劑

隨著乳膠漆的應用越來越廣，人們希望它能夠適應惡劣的環境，甚至在0℃也能成膜。除了成膜性以外，其他諸如耐劃傷性、硬度、耐化學品性及耐沖擊性也應滿足使用要求。這些重要性能往往不是低T_g乳液所具有的。高T_g聚合物在未添加成膜助劑之前是脆性的，在正常使用溫度下，涂膜與底材的附著力很差，不能使用。為了使高玻璃化溫度聚合物體系能在施工溫度下順利成膜，可在體系中加入成膜助劑來降低最低成膜溫度。成膜助劑通過減小聚合物表面積，降低整體表面能；通過控制水的蒸發速率，提高毛細管力，以利于聚合物成膜；減少了乳液顆粒之間的排斥力；使乳液顆粒溶脹，促進顆粒相互接觸、變形、成膜。通過加入成膜助劑，可使玻璃化溫度和最低成膜溫度暫時下降，促進乳液聚結成膜，然后成膜助劑又逐步逸出，使干膜恢復為原來的玻璃化溫度。

作為水性涂料用成膜助劑應具有良好的水解穩定性，以使其在高pH和低pH下都能發揮作用；由于高凝固點材料需要特殊處理和貯存方法，因此成膜助劑的凝固點應低于-20℃；揮發速率應足夠低，以保證乳液在很寬的溫度、濕度范圍使用；還應在合適的時間內從涂膜中揮發出去，以防止涂膜的過度軟化；氣味應小，這對于內墻涂料尤為重要；應當能夠提高水性涂料的防腐性、彈性和耐候性等；具有生物降解性和安全性。

最低成膜溫度儀的測試原理是在一塊位于熱源和冷源之間的金屬（鋁、不銹鋼或銅）板上，形成一個合適的溫度梯度，這塊板可以是平滑的，也可以是從冷端到熱端之間開幾道槽。將乳液涂布在金屬板上，或將乳液注入所開的槽。用干燥空氣流或干燥劑（硅膠、分子篩）干燥，測定乳液形成連續均勻的透明薄膜的極限溫度。

三、實驗儀器和實驗原料

1.實驗儀器

最低成膜溫度儀、溫度計、薄膜涂布器。

2.實驗原料

苯丙乳液。

四、實驗步驟

1.檢查所有水管接頭是否牢固密封，儀器電源線插頭座接觸是否牢固，自來水水壓是否正常。

2.打開供水閥門，調整合適的水量。提起測試臺蓋，放倒測試臺蓋支撐條，蓋好測試臺蓋。打開儀器電源開關。打開儀器面板上的“儀器開關”，儀器進入自動工作程序。

3.按壓低溫設定鍵，選擇所需的低溫值。

4.按壓高溫設定鍵，選擇所需的高溫值。

5.開機1.5h后，打開測試臺蓋，將溫度測量裝置放在測量位置上，用熱源和冷源使金屬矩形板形成適當的溫度梯度，使要測試的乳液最低成膜溫度在設定溫度區間內，溫度梯度在試驗期間保持恒定。溫度梯度應盡可能是線性的，即相鄰兩溫度測量點之間的溫差相等。

6.用薄膜涂布器，將乳液從高溫端開始涂布。采用有槽板時，將乳液從高溫端注入槽中，乳液用量應稍微超過槽的總容量，用薄膜涂布器涂布。在刮涂試樣時，建議從溫度高端向溫度低端刮涂，以避免低端凝結冰、霜而影響刮涂的平整性。

7.涂布后放入干燥劑蓋上玻璃罩，或以恒定的低速度通入干燥空氣流（從冷端到熱端）。涂膜干燥后，讀出形成連續均勻的無裂紋透明薄膜的最低溫度，并以此作為乳液的最低成膜溫度。

五、思考與討論

1.引發劑用量對最低成膜溫度有何影響？

2.苯乙烯和丙烯酸酯單體共聚比例對最低成膜溫度有何影響？