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增稠劑在乳膠塗料中的應用

增稠劑在乳膠塗料中的應用
時間:2013-08-17 06:25來源:上海長風化工廠 作者:卞長信,於甯 以水作溶劑的乳膠塗料是高分子聚合物水分散體與顔、填料水分散體的混合物, 由于高分子聚合物和顔、填料水分散體混合物的粘度接近水, 這種狀态無法施工。要使乳膠塗料有良好的施工性能,有流平不流挂、塗膜豐滿平整必須把它調到一定粘度。表明 是制備乳膠塗料必備的重要原料。乳膠塗料在貯存時會出現沉降是因為顔、填料顆粒受到重力作用而沉降。調節粘度能延緩或降低
沉降速度, 改善乳膠塗料的開罐狀況, 乳膠塗料的沉降還有許多其他因素, 但粘度是一個重要因素。

1 增稠劑的種類和基本性能
乳膠塗料用增稠劑主要有四大類: 天然礦物類如凹凸棒土、 、蒙脫石( 這類增稠劑目前已很少使用) ; 纖維素類主要是羟乙基( 羟丙基) 纖維素; 丙烯酸堿溶脹類及改性丙烯酸堿溶脹類主要是( 甲基) 丙烯酸、( 甲基) 丙烯酸酯及相應功能單體聚合而成的 狀高分子聚合物; 聚氨酯締合型主要是以低分子量聚乙二醇與二異氰酸酯的端基-NCO 或- OH 縮聚物為基礎, 分别用憎水醇類( 胺類) 或長碳鍊單異氰酸酯進行封閉而制備的。這類增稠劑分子鍊段上有親水基團和憎水基團, 使分子鍊段能像表面活性劑一樣與 粒子締合從而提高了增稠後聚合物乳液的整體性。某些擁有大分子親油性基團改性的丙烯酸堿溶脹增稠劑也具備這些功能。基本性能見表1。

2 增稠劑的增稠機理
2 1 纖維素類
纖維素類增稠劑主要用來增加乳膠塗料的中低剪切粘度, 觸變性大, 屈服值大。纖維素類增稠劑疏水主鍊與周圍水分子通過氫鍵締合, 提高了聚合物本身的流體體積, 減少了顆粒自由活動的空間,提高了體系粘度, 在 和乳液顆粒之間形成一個交聯的網狀結構, 以使其相互分離, 對 、乳液粒子極少吸附。
2 2 丙烯酸堿溶脹類
這類聚合物一般帶有較多數量羧基, 進入水相遇堿中和, 生成聚合物鹽類, 由顆粒狀變成帶許多支鍊結構立體棒狀, 又因相互交叉形成網絡結構。其首先使水相有了粘度, 其結構帶有許多功能支鍊能對顔、填料顆粒締合增加了體系的粘度, 其帶許多支鍊立體棒狀結構能對乳膠顆粒進行纏繞也增加了體系的粘度。經改性的丙烯酸堿溶脹增稠劑在支鍊含有親油基團能與乳膠顆粒締合起來, 類似聚氨酯締合型增稠劑的作用。
2 3 聚氨酯締合型
這類化合物是同時具有親水基和親油基的高分子聚合物。在乳膠塗料體系中表現為: 親水基和體系中水偶合, 親油基與乳膠顆粒締合。由于充分地締合後使體系中的水和乳膠顆粒由分散的個體連接成一個整體, 粘度上升。

3 各類增稠劑對乳膠塗料粘度貢獻
目前乳膠塗料普遍使用纖維素、丙烯酸堿溶脹和聚氨酯締合型三類增稠劑, 其在乳膠塗料中的增稠作用不同。主要區别在低剪切( 包括靜态) 、中剪切和高剪切粘度的不同貢獻, 見圖1。

纖維素在水中溶脹後, 分子内的結合水增加,而 自由水 減少, 水相粘度增大, 在靜态和低剪切有高粘度, 在高剪切下表現為低粘度。丙烯酸堿溶脹及經疏水基團改性的丙烯酸堿溶脹增稠劑以上述的增稠機理進入體系中按不同品種、不同牌号體現出低剪切、中剪切和高剪切粘度。聚氨酯締合型增稠劑進入體系其疏水基團會形成膠束, 膠束通過聚合物主鍊與乳膠顆粒及顔、填料顆粒相偶合, 将整個體系中的物料形成網絡組織, 體現出中剪切、高剪切粘度。

4 增稠劑的選用
乳膠塗料配方設計一般要考慮開罐時不分層、不 。施工時具有良好的塗刷性、再塗性、抗流挂、不飛濺、塗刷流暢。幹燥成膜後平整性、耐酸堿性、耐水性、耐沾污性、保光保色性、耐天然老化性。為滿足需要可選用纖維素、丙烯酸堿溶脹、聚氨酯締合型增稠劑。國家标準對粘度沒有控制,具體粘度根據需要而定。但增稠劑都是親水物質,為保證塗膜性能少加為好, 合理搭配是關鍵。塗料生産、施工、成膜過程中适用的剪切速率範圍見圖2。

4 1 乳膠塗料分層( 浮水) 與增稠劑的關系
體系增稠後, 隻對水增稠的纖維素形成了水-纖維素親水網絡, 而丙烯酸堿溶脹和聚氨酯締合型增稠劑由于對乳膠和顔、填料顆粒進行纏繞、包覆、締合形成比較複雜的親油網絡, 這兩個網絡的HLB 值相匹配則比較均勻, 如果HLB 值相差太大則開始分層。一般情況下層比較疏松, 攪拌後能成均勻狀态。
解決方法: 各種丙烯酸堿溶脹增稠劑進入體系後遇堿成鹽, 膨脹形成的網絡結構各一, 故選擇二種不同的增稠劑使體系有二種或更多的網絡相互穿插, 有利于結構的穩定。也可以選擇不同類型的增稠劑合用, 如纖維素 堿溶脹、纖維素 堿溶脹 聚氨酯等合用能起到很好效果。增稠劑的使用是建立在大量試驗基礎上而定的, 可将塗料進行加速熱穩定性貯存, 來篩選最佳配方。乳膠塗料分層( 浮水) 還有許多其它原因, 如 的正确使用、助溶劑的正确使用等。
4 2 觸變指數
由于施工及貯存的需要, 往往将塗料制成觸變性的非牛頓流體, 其觸變性大小由觸變指數TI 值的大小來表示( 一般用最低轉速下的粘度與最高轉速下的粘度之比表示, 即T I= 6r/ min 時的粘度/60r/ min 的粘度) , 粘度數值是通過布氏粘度計測定的。由于乳膠塗料内部存在着大分子鍊, 以弱引力形成卷曲結構, 當用6r/ min 轉速測定時, 剪切速率較小, 故測定的粘度數據較大; 而用60r/ min轉速測定時, 由于剪切速率的增大, 大分子鍊間的弱引力消失而産生取向, 卷曲結構暫時被破壞, 故測定的粘度數值較小。塗料觸變指數的大小由配方設計者根據需要而定, 主要與選用增稠劑及合理搭配有關。
4 3 粘度測定
( 1) 塗- 4 杯法是比較廣泛使用一種方法, 适用于測定流出時間在150s 以下的塗料。
( 2) 斯托默粘度計法是在較有規模的制造廠廣泛應用。
( 3) 旋轉粘度計法, 主要儀器是錐闆型和圓筒型粘度計, 以( 5 000~ 20 000) s- 1的剪切速率進行運轉, 适用于一切刷塗用的塗料, 而不管其是否具有牛頓性質。

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