增稠剂在乳胶涂料中的应用 时间:2013-08-17 06:25来源:上海长风化工厂 作者:卞长信,於宁 以水作溶剂的乳胶涂料是高分子聚合物水分散体与颜、填料水分散体的混合物, 由于高分子聚合物和颜、填料水分散体混合物的粘度接近水, 这种状态无法施工。要使乳胶涂料有良好的施工性能,有流平不流挂、涂膜丰满平整必须把它调到一定粘度。表明 是制备乳胶涂料必备的重要原料。乳胶涂料在贮存时会出现沉降是因为颜、填料颗粒受到重力作用而沉降。调节粘度能延缓或降低 沉降速度, 改善乳胶涂料的开罐状况, 乳胶涂料的沉降还有许多其他因素, 但粘度是一个重要因素。 1 增稠剂的种类和基本性能 乳胶涂料用增稠剂主要有四大类: 天然矿物类如凹凸棒土、 、蒙脱石( 这类增稠剂目前已很少使用) ; 纤维素类主要是羟乙基( 羟丙基) 纤维素; 丙烯酸碱溶胀类及改性丙烯酸碱溶胀类主要是( 甲基) 丙烯酸、( 甲基) 丙烯酸酯及相应功能单体聚合而成的 状高分子聚合物; 聚氨酯缔合型主要是以低分子量聚乙二醇与二异氰酸酯的端基-NCO 或- OH 缩聚物为基础, 分别用憎水醇类( 胺类) 或长碳链单异氰酸酯进行封闭而制备的。这类增稠剂分子链段上有亲水基团和憎水基团, 使分子链段能像表面活性剂一样与 粒子缔合从而提高了增稠后聚合物乳液的整体性。某些拥有大分子亲油性基团改性的丙烯酸碱溶胀增稠剂也具备这些功能。基本性能见表1。 2 增稠剂的增稠机理 2 1 纤维素类 纤维素类增稠剂主要用来增加乳胶涂料的中低剪切粘度, 触变性大, 屈服值大。纤维素类增稠剂疏水主链与周围水分子通过氢键缔合, 提高了聚合物本身的流体体积, 减少了颗粒自由活动的空间,提高了体系粘度, 在 和乳液颗粒之间形成一个交联的网状结构, 以使其相互分离, 对 、乳液粒子极少吸附。 2 2 丙烯酸碱溶胀类 这类聚合物一般带有较多数量羧基, 进入水相遇碱中和, 生成聚合物盐类, 由颗粒状变成带许多支链结构立体棒状, 又因相互交叉形成网络结构。其首先使水相有了粘度, 其结构带有许多功能支链能对颜、填料颗粒缔合增加了体系的粘度, 其带许多支链立体棒状结构能对乳胶颗粒进行缠绕也增加了体系的粘度。经改性的丙烯酸碱溶胀增稠剂在支链含有亲油基团能与乳胶颗粒缔合起来, 类似聚氨酯缔合型增稠剂的作用。 2 3 聚氨酯缔合型 这类化合物是同时具有亲水基和亲油基的高分子聚合物。在乳胶涂料体系中表现为: 亲水基和体系中水偶合, 亲油基与乳胶颗粒缔合。由于充分地缔合后使体系中的水和乳胶颗粒由分散的个体连接成一个整体, 粘度上升。 3 各类增稠剂对乳胶涂料粘度贡献 目前乳胶涂料普遍使用纤维素、丙烯酸碱溶胀和聚氨酯缔合型三类增稠剂, 其在乳胶涂料中的增稠作用不同。主要区别在低剪切( 包括静态) 、中剪切和高剪切粘度的不同贡献, 见图1。 纤维素在水中溶胀后, 分子内的结合水增加,而 自由水 减少, 水相粘度增大, 在静态和低剪切有高粘度, 在高剪切下表现为低粘度。丙烯酸碱溶胀及经疏水基团改性的丙烯酸碱溶胀增稠剂以上述的增稠机理进入体系中按不同品种、不同牌号体现出低剪切、中剪切和高剪切粘度。聚氨酯缔合型增稠剂进入体系其疏水基团会形成胶束, 胶束通过聚合物主链与乳胶颗粒及颜、填料颗粒相偶合, 将整个体系中的物料形成网络组织, 体现出中剪切、高剪切粘度。 4 增稠剂的选用 乳胶涂料配方设计一般要考虑开罐时不分层、不 。施工时具有良好的涂刷性、再涂性、抗流挂、不飞溅、涂刷流畅。干燥成膜后平整性、耐酸碱性、耐水性、耐沾污性、保光保色性、耐天然老化性。为满足需要可选用纤维素、丙烯酸碱溶胀、聚氨酯缔合型增稠剂。国家标准对粘度没有控制,具体粘度根据需要而定。但增稠剂都是亲水物质,为保证涂膜性能少加为好, 合理搭配是关键。涂料生产、施工、成膜过程中适用的剪切速率范围见图2。 4 1 乳胶涂料分层( 浮水) 与增稠剂的关系 体系增稠后, 只对水增稠的纤维素形成了水-纤维素亲水网络, 而丙烯酸碱溶胀和聚氨酯缔合型增稠剂由于对乳胶和颜、填料颗粒进行缠绕、包覆、缔合形成比较复杂的亲油网络, 这两个网络的HLB 值相匹配则比较均匀, 如果HLB 值相差太大则开始分层。一般情况下层比较疏松, 搅拌后能成均匀状态。 解决方法: 各种丙烯酸碱溶胀增稠剂进入体系后遇碱成盐, 膨胀形成的网络结构各一, 故选择二种不同的增稠剂使体系有二种或更多的网络相互穿插, 有利于结构的稳定。也可以选择不同类型的增稠剂合用, 如纤维素 碱溶胀、纤维素 碱溶胀 聚氨酯等合用能起到很好效果。增稠剂的使用是建立在大量试验基础上而定的, 可将涂料进行加速热稳定性贮存, 来筛选最佳配方。乳胶涂料分层( 浮水) 还有许多其它原因, 如 的正确使用、助溶剂的正确使用等。 4 2 触变指数 由于施工及贮存的需要, 往往将涂料制成触变性的非牛顿流体, 其触变性大小由触变指数TI 值的大小来表示( 一般用最低转速下的粘度与最高转速下的粘度之比表示, 即T I= 6r/ min 时的粘度/60r/ min 的粘度) , 粘度数值是通过布氏粘度计测定的。由于乳胶涂料内部存在着大分子链, 以弱引力形成卷曲结构, 当用6r/ min 转速测定时, 剪切速率较小, 故测定的粘度数据较大; 而用60r/ min转速测定时, 由于剪切速率的增大, 大分子链间的弱引力消失而产生取向, 卷曲结构暂时被破坏, 故测定的粘度数值较小。涂料触变指数的大小由配方设计者根据需要而定, 主要与选用增稠剂及合理搭配有关。 4 3 粘度测定 ( 1) 涂- 4 杯法是比较广泛使用一种方法, 适用于测定流出时间在150s 以下的涂料。
( 2) 斯托默粘度计法是在较有规模的制造厂广泛应用。
( 3) 旋转粘度计法, 主要仪器是锥板型和圆筒型粘度计, 以( 5 000~ 20 000) s- 1的剪切速率进行运转, 适用于一切刷涂用的涂料, 而不管其是否具有牛顿性质。