最低成膜温度（MFFT）的定义与测量方法

基于苯乙烯-丙烯酸共聚物、纯丙烯酸共聚物、醋酸乙烯-乙烯（VAE）共聚物或含有乙烯酯、叔碳酸酯及其他单体分散体的水性涂料，用于单组分建筑涂料，可直接涂覆于金属或木材表面，其干燥过程是通过水分及其他挥发性成分的蒸发以及聚合物颗粒的凝聚（即颗粒相互粘附）来实现的。这一过程会持续进行，直到颗粒仍保持一定的流动性，并且由于涂层体积中聚合物浓度的增加，颗粒能够相互粘附。这个临界时刻就是我们所说的最低成膜温度（MFFT）。

             图1 用于最低成膜温度（MFFT）测定的Rhopoint最低成膜温度仪

 由于涂层的形成，共聚物颗粒在玻璃化转变温度下是塑性的，通过成膜助剂——聚结剂，可以将其与MFFT一起降低到甚至略低于0°C的水平。否则，通过防止在低于其成型温度极限的情况下形成连续涂层，将形成裂纹涂层[图2]，该涂层将没有装饰性，甚至防护性更低。在涂层形成的边界点处可能看不到裂纹，但由于聚合物颗粒与填料和其他涂层成分之间缺乏足够的内聚强度，涂层的强度仍然不足。

                                                  图2未成型乳胶漆涂层开裂

 由于水、成膜助剂及其他挥发性成分的蒸发，水性分散体逐渐转变为具有内聚力的薄膜。这种薄膜透明且无裂纹，意味着其已符合最低成膜温度（MFFT）测试标准中的成膜要求。然而，该薄膜在涂料中的强度还需要进一步测试，尤其是在选择成膜助剂用量方面，其需要在吸收性基材上形成薄膜，确保合适的开放时间、湿边性能等。

MFFT的测定

为了确定聚合物乳液乳胶漆成膜过程的最低温度，最低成膜温度（MFFT）的测定按照ASTM D2354标准进行。该测试使用MFFT条装置（见图3），该装置是一个带有电子控温板的模块，能够确保温度平稳过渡，并可在形成无裂纹薄膜的点读取温度。

我们使用Rhopoint MFFT Bar II装置，该装置能够自动完成聚合物乳液及其与成膜助剂混合物的MFFT测定。该设备通过可调节的工作板温度以及以4升/分钟的流量供应的压缩空气，可在-10℃至60℃的范围内精确测定MFFT。

                          图3 某涂料原材料技术中心中的Rhopoint MFFT

 将均匀混合的乳液、聚合物分散体或含有成膜助剂的混合物，使用1英寸立方体涂膜器涂覆到装置的板上。这种涂膜器通过一个75微米的间隙，能够涂覆一系列条带，这些条带随后在装置的工作板上在有盖的环境中，在标准化气流下干燥。由于装置板上存在温度梯度，在测试样品无法再形成透明薄膜的地方，开始出现裂缝，这些裂缝可以呈现各种形状（从单个短裂缝，到长裂缝，再到沿整个薄膜宽度的龟裂，甚至完全剥落）。裂缝的例子如图4所示。

                           图4 聚合物分散体薄膜在MFFT测定后的各种开裂示例

成膜助剂特性曲线的测定

MFFT不仅用于测定不含添加剂的聚合物分散体和乳液的最低成膜温度（MFFT），还可用于测定成膜助剂降低MFFT的特性。由于成膜助剂的物理化学特性，聚合物颗粒能够在更低的温度下发生凝聚，从而将MFFT降低至0℃甚至更低。

为了分析成膜助剂将MFFT降低到不同水平的能力，会进行梯度研究，即将不同剂量的成膜助剂添加到聚合物分散体中，这些剂量通常会转换为聚合物乳液的总聚合物乳胶或非挥发性含量。图5展示了一个示例曲线，用于表征不同剂量下不同成膜助剂测定的MFFT特性。

        图5 使用MFFT装置进行梯度研究确定的不同成膜助剂降低MFFT的曲线

然而，尽管MFFT测定表明成膜助剂剂量能够将MFFT降低到某个期望的水平，尤其是在0-6℃的低温范围内，但使用MFFT条装置测定的成膜曲线却不能总是作为确定成膜助剂剂量的依据。

成膜助剂剂量的选择必须通过在特定PVC（颜料体积浓度）的涂料中进行测试，并基于已确定的原材料来进行。选择成膜助剂剂量时，需要确定其是否足以将乳胶漆的MFFT降低到期望的温度范围内，并且始终要考虑在吸收性基材上的成膜情况，确定成膜助剂对涂层性能（对光泽、抗粘连性、抗污渍保持性等的影响）的影响。MFFT测试是确定MFFT降低趋势以及进一步针对特定涂料配方进行案例研究和梯度研究的起始剂量的有价值工具。

ASTM D2354与ISO 2115标准的差异

最低成膜温度（MFFT）的测定也可以依据ISO 2115标准进行，其基本原理相同，但在可选测试实施的细节上，所获得的结果存在差异，而这些差异取决于聚合物分散体的类型。原则上，MFFT测试是直接在MFFT条装置的板上进行的，但为了保持仪器的清洁，ASTM D2354标准建议在置于构建板上的聚酯薄膜上进行涂布，并使用布料进行静电平衡。在ISO 2115标准中也有类似的建议，但这里推荐使用铝箔，并且使用稀释的甘油作为从工作板到铝箔的导热层。不幸的是，在许多情况下，通过ASTM D2354和ISO 2115测试获得的比较结果甚至存在3-4℃的差异（对于MFFT在8-12℃范围内的分散体），这是一个很大的差异——使用ISO 2115以及推荐的铝箔和甘油时，获得的可重复性结果较差。因此，ASTM D2354标准的重复性更高，所以我们优先使用ASTM D2354标准，而不是ISO 2115。

摘要

按照ASTM D2354标准进行的MFFT测试是一种极为有用的试验，用于基于水性聚合物分散体和乳液的涂料配方研发。它是一种用于实验室测定MFFT以及用于确定梯度研究起始剂量的检测方法，以确定需要添加多少剂量的特定成膜助剂才能将MFFT降低到期望的水平，通常接近0℃。这是一种简单的测试方法，但需要技术人员具备识别成膜位置的经验，尤其是因为成膜从开裂状态到透明状态的过渡并非总是存在一个清晰可辨的边界。在为原材料生产商——成膜助剂生产商确定建议时，该测试至关重要，它始终是成膜助剂研究的第一阶段。还应记住，该测试也可用于检查其他原材料是否会对MFFT产生不利影响，是否会提高成膜温度，例如消泡剂，它们往往会提高聚合物分散体的最低成膜温度。