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增稠剂讲座


品种 羟乙基纤维素 羧甲基纤维素 丙烯酸增稠剂 缔合型丙烯酸 膨润土 聚氨酯

增稠性 好 较好 较强 强 强 较强

抗流挂 好 良好 良好 良好 优 良好

防沉 一般 较好 好 一般 优 一般

耐水 一般 差 一般 良 好 优

流平 一般 差 一般 良 差 优


生物稳定性 差 差 好 优 优 优

成膜厚度 薄 薄 薄 厚 薄 厚

羟乙基纤维素是大分子纤维素进入连续的水相中, 通过分子链上羟乙基和羧基的水合作用及 其分子间的缠绕,而增加体系粘度,当体系受到剪切作用,速率逐步增加时,HEC 分子可 从无序按剪切力的方向作有序排列,变得易于滑动,粘度下降,当剪切作用力减弱时,又可 逐渐回复到原有的结构,表现为触变性。这种水相增稠的机理与所用乳液、颜料和其它助剂 的关联度不大,因而匹配性较好,使用面较广,缺点是流平性差,滚涂易飞溅,生物稳当性 较差。

膨润土增稠流变剂 在层状薄片的膨润土的边缘,由于硅氧和铝氧键的断裂,在中性的介质中,边缘表面存在正 双电层。随着 pH 值变化,其电荷强度可能会出现强弱变化。薄片状的膨润土颗粒在介质中 会发生面-面、边-面和边-边三种不同方式缔合,从而形成体积庞大的三维网络结构,形成无 数分隔的小室,将水封闭在室内,使体系增稠。当体系受剪切作用时,网络结构解离,粘度 下降。一旦剪切作用消失,则又恢复网络结构,粘度上升,称为触变效应。膨润土增稠能力 强,尤其在中高颜料体积浓度(PVC)乳胶漆中,比同样用量的常用碱溶胀丙烯酸类和聚氨 酯类增稠剂有更高的稠度,且触变指数较大,低剪切条件下粘度高,高剪切条件下粘度低, 能达到理想的罐内防沉效果和厚涂抗流挂效果。 丙烯酸类增稠剂,包括聚丙烯酸盐及碱增稠的丙烯酸酯共聚物两个类型。这类增稠剂在水中 溶解后通过羟羧基离子的同性静电斥力, 分子链由螺旋状伸长为棒状, 因而提高了水相的黏 度。此外,增稠剂还在乳胶粒子与颜料粒子之间形成三维网状结构,增加了触变性,它对生 物霉菌的作用稳定,与色浆配合性好。由于这类增稠剂对 pH 值敏感,它只在碱性条件下起 作用,并富含亲水性基团,故耐水性不理想。 缔合型丙烯酸类碱溶胀增稠流变剂,传统的碱溶胀丙烯酸增稠剂其支链都是亲水性的,缔合 型丙烯酸增稠流变剂的分子支链上已经过了疏水基团的改性, 这些支链可在水相中互相缔合 形成微胞,更适合与整个涂料配方中的表面活性剂,颜填料,乳胶缔合成微胞,当漆液受到 高剪切作用时,如施工时的刷涂滚涂等,这些胞与胞之间的链能提供一定的抵抗力量,因此 缔合型丙烯酸增稠流变剂在高剪切力作用下仍具有稳定粘度的特性,施工中能成其理想的湿 膜厚度达到很好的一次刷涂遮盖力。同时,这些疏水性的支链间缔合能相互调换位置,即缔 合反应处于动态平衡状态, 因而在较低剪切作用或剪切作用消失时的情况下, 缔合型丙烯酸 增稠流变剂能使湿膜具有优异的流平性。 聚氨酯类增稠剂,近几年开发的聚氨酯类增稠剂,其增稠机理与前二者又不同。在这类增稠 使之具有类似于表面活性剂分子的性质。 当它的水溶液 剂的分子中引入了亲水及疏水基团, 浓度超过某一特定浓度时,形成胶束,胶束与聚合物粒子缔合形成网状结构,导致体系黏度

增加。另外,由于一个分子带几个束胶,这种结构降低了水分子的迁移性,因而提高了水相 黏度。这类聚氨酯增稠剂的分子量在 103-104 数量级,比前两类的分子量 105-106 低了两个 数量级,疏水基团较强的聚氨酯增稠剂具有一定的假塑性,增稠能力也较强,对于疏水基团 较弱的聚氨酯增稠剂它提高体系黏度的作用不甚明显, 但它与一般的增稠剂不同, 有一个零 剪切下的平稳流动特性,因而具有良好的流平性、耐水性、洗刷性、防飞溅性、耐划伤性、 抗生物分解性及涂膜光泽。 配合方法可先用增稠剂调节中等剪切速率的粘度约 70~90KU①(用 Stormer 粘度计,它的 剪切速率约 50~100S-1) 然后用缔合增稠剂配合调节粘度, , 一般来说, 低剪切速率 (~10 S-1) 下的粘度在 1KPa.s 以下可有较好的流平,高剪切速率(1000 S-1)下的粘度 0.12Pa.s,可在 涂刷时有足够的厚度而有较好的遮盖力。 增稠流变剂品种 加入阶段 加入方式 羟乙基纤维素 研磨前或研磨后 预制 3.5%胶加入 丙烯酸增稠剂 研磨前或研磨后 以两倍水稀释直接加入 膨润土 研磨前 加乳液前 干粉加入(高速分散) 聚氨酯增稠剂 研磨后 两倍溶剂(丙二醇或丙二醇丁醚)稀释 乳液:乳液的种类、乳液粒径和乳液表面性质等都对增稠流变剂的使用效果有较大影响,乳 液粒子表面亲水、亲油情况是不同的,由聚合物组成、乳化剂种类决定。醋酸乙烯共聚物比 较亲水;苯丙、纯丙共聚物比较疏水,但当共聚物中含有功能性单体如丙稀酸、甲基丙稀酸 等时,乳液粒子表面也相对亲水。增稠剂的疏水基对疏水性表面的吸附作用较强。因而疏水 性强的假塑型增稠剂对纯丙、 苯丙乳胶粒子吸附作用更强。 疏水性较弱的牛顿型增稠剂也有 相似的规律, 但增稠效率较低。 缔合型增稠流变剂随着乳液粒径的下降其增稠粘度明显增加, 因此在使用一些细粒径纯丙、苯丙乳液生产低 PVC 乳胶漆时,应采用低假塑性的缔合增稠 剂以避免出现絮凝、团聚甚至结块。 分散剂: 分散剂的品种和用量不仅对颜填料浆的粘度有很大关系, 并与缔合型增稠剂在颜料 表面吸附竞争, 对增稠流变剂的效果有较大影响, 一些分散剂的亲水性较强并在颜填料表面 表面活性剂: 表面活性剂会在乳液和疏水颜料的表面吸附影响缔合型增稠流变剂与乳液和颜 料颗粒的吸附平衡,表面活性剂的 HLB 值过大造成体系的中低粘度的明显下降,表面活性 剂的 HLB 值过小将导致颜料絮凝和色浆接受性下降, 表面活性剂的 HLB 值在 10~14 对通常 的缔合型增稠剂是理想的。 溶剂:成膜助剂和两亲溶剂对缔合增稠剂尤其是聚氨酯增稠剂的流变性能产生很大的影响, 中低剪切粘度随水溶性的增加而下降。乙二醇和丙二醇等会干扰膨润土增稠流变剂的氢键, 造成体系粘度的下降。 乳胶漆流变需求与增稠流变控制 王春伟 冯炎龙(浙江华特集团公司 科达涂料化工研究所)


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