乳胶漆流变性的调整与增稠剂的选择2尼龙片

乳胶漆流变性的调整与增稠剂的选择

文摘：本文工作对不同种类乳胶漆的流变性调整方法进行了研究，包括在高、中、低PVC乳胶漆的粘度控制，苯丙、纯丙、醋丙、醋叔乳胶漆中增稠剂的选择与应用，对建筑乳胶涂料的生产具有一定的指导意义。关键词：乳胶漆 增稠剂 乳液 增稠作用分类号：TQ639　1.前言　1.1乳胶漆的流变性乳胶漆的流变性是构成漆膜外观和性能的重要影响因素之一，粘度对漆的颜料沉淀性、涂刷性、膜丰满性、流平性以及垂直表面上的膜的流挂性都有影响，这些影响的结果最终将表现在干膜的质量上。简单剪切下乳胶漆的典型粘度曲线，必须满足不同操作过程的要求，如下图[1]中国机械网okmao.com。 粘度（mPa.s）（图略） 图1乳胶漆不同剪切速率下粘度变化　全部范围内的粘度曲线可由Casson经验方程[2]表示：　η=η∞+（T0/D）n　D—剪切速率，S-1　T0——屈服值，dyn/cm2；屈服值可由下式计算：T0=0.0056η1.35（剪切速率0.085S-1），屈服值由低剪切速率下的粘度决定。低剪切速率下的涂料的流变性质，主要由增稠剂与颜填料、乳胶粒子形成的结构粘度决定，这种结构粘度使乳胶漆呈现出一定的屈服值。即在低剪切速率下，在沉降、流挂、流平等过程中，尽管结构很弱，但对流动具有很大的抵抗力。η∞代表无穷大剪切速率下体系的粘度，在中至高剪切力条件下由体系组分间作用而产生的结构粘度易被破坏，结构影响可以忽略，乳胶漆的粘度由漆中固体组分的组成和用量决定，高剪切下的适宜粘度一般为2.5至5.0P，涂刷性良好，涂膜厚度最佳。在高剪切停止后，缔合开始恢复，这一特点使乳胶漆流变性呈现出带有触变性的假塑型流体特征，恢复速率为增稠剂粘度的函数，恢复时间过快不利于流平，过慢易产生流挂。　　乳胶漆生产过程中一般只控制中剪切速率下的粘度（Stomer粘度KU值）。KU值相同的乳胶漆，在低、高剪切速率范围内粘度存在差异。　1.2乳胶漆中的增稠剂涂料组成影响乳胶漆的流变性，改变乳液浓度以及分散在乳胶漆中的其它固体物质的浓度可以调节粘度，但调节范围有限，成本较高；乳胶漆粘度主要通过增稠剂进行调节。常用增稠剂有：纤维素醚类、碱溶胀聚丙稀酸乳液类、非离子缔合型聚氨酯类等[3]。羟乙基纤维素醚类增稠剂主要增加乳胶漆的中低剪粘度，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，在颜料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，对颜料、乳液粒子极少吸附。碱溶胀聚丙稀酸乳液增稠剂主要提高中低剪粘度，屈服值较大，触变性大。丙稀酸乳液与氨水或有机碱起中和反应，同时基本树脂被溶解，羧基在静电排斥的作用下使聚合物的链伸展开，从而使乳胶漆体系粘度升高，与乳胶漆中的颗粒有弱吸附，如Henkel公司的SN-636、926。　　非离子缔合型聚氨酯增稠剂，分为两种类型。疏水性强的具有假塑性特征，在增加高剪粘度的同时，可以显著提高中低剪粘度，并且触变性较大，如Henkel公司的SN-612、DSX-1550、DSX-1514；疏水性弱的表现出牛顿型特征，低中剪增稠效率低，主要增加高剪粘度，如Henkel公司的SN-621N、620、DSX-3000、DSX-2000等。这类增稠剂屈服值小，流动性好，与乳胶漆中各种组分均有吸附作用。这三类增稠剂的性能、作用、价格各有特点，针对乳胶漆配方不同的需求，可以综合考虑搭配使用，求得最佳应用效果。　　本文对不同颜料体积浓度（PVC）乳胶漆粘度特点与增稠剂的选择与应用进行了研究。　2.实验结果　2.1高PVC乳胶漆粘度控制市场上低成本、高PVC的乳胶漆占有工程漆的较大份额，乳胶漆中颜填料用量较高，常达到45%以上，乳液用量低至10%，PVC高达80%。由于漆中颜填料用量较高，为防止颜填料沉降，保证乳胶漆不分层，要求贮存粘度较高。可应用较高分子量的HEC来提高中低剪粘度，但同时由于屈服值大，造成漆的流平性较差；也可配合碱溶胀型增稠剂如SN-636，提高中低剪粘度，同时提高保水性。只用HEC和碱增稠剂，高剪粘度通常达不到要求，涂刷性差，丰满度低，飞溅性强。可纤维素类采用缔合型增稠剂来改善流平性、涂刷性、丰满度。高PVC漆中乳液量少，乳液粒子较粗，非离子缔合型增稠剂与乳液之间作用较弱，可以使用牛顿型缔合型增稠剂如SN-620和2000D，提高高剪粘度，改善涂刷性、流动性、飞溅性，丰满度、。　下面以两种高PVC乳胶漆为例，探讨这一类乳胶漆的粘度控制。　2.1.1 PVC=78%内墙工程漆　　这一类较低成本工程乳胶漆，要求贮存期短，故贮存粘度较低，使用前不兑水或兑水小于10%。表1列出了这类乳胶漆中增稠剂搭配实例。 表1 PVC=78%乳胶漆增稠剂搭配实例==========================================================================原料　　　　1#　　　　　　　　　2#　　　　　　　　　3#--------------------------------------------------------------------------分散剂　　5034 /PE-100　　　5034/PE-100　　　　　5040 --------------------------------------------------------------------------　　　立德粉　21%　　　　　锐钛 5%　　　　锐钛 6%　颜填料　　　　　轻钙 　24%　　　　　高岭土 16%　　　　高岭土 14%　　　　　　　　滑石粉 5%　　　重钙 24%　　重钙 24%　　　　　　　　　　　　　　　　　　　滑石粉 5%　　　　滑石粉 6%--------------------------------------------------------------------------乳液　　　苯丙10%　　　苯丙10%　　　苯丙10%--------------------------------------------------------------------------　　　　　　　　HEC 0.2%　　　　　　　HEC 0.2%　　　　　　HEC 0.3%　增稠剂　　　　　636 0.6%　　　　　636 0.3%　　　　　620 0.6%　　　　　　　　2000D 0.8%　　　620 0.9%　　　　2000D 0.5%　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2000D 0.3%--------------------------------------------------------------------------KU　　　　83　　　　　　　　　　92　　　83--------------------------------------------------------------------------Brookfield， 10000 11400 85006rpm（mPa.s）--------------------------------------------------------------------------触变指数TI 4.0 3.4 3.9--------------------------------------------------------------------------贮存稳定性不分层未反粗不分层未反粗不分层未反粗（50℃，30天）========================================================================== 注：SN-5034、5040、3204、PE-100、N-100、5027、436均为Henkel公司分散润湿剂牌号 有诸多因素会导致乳胶漆在贮存过程中发生液固相分离，即分层或脱水收缩现象。研究中发现，高PVC乳胶漆中，发生分层时，上层清液中富含水相增稠的HEC增稠剂，这种现象形成缓慢，易于重新搅拌均匀，一般不影响性能，只是开罐效果不佳。产生分层的主要原因：颜填料沉降与体积絮凝。 颜填料沉降的影响因素包括：体系粘度（低剪切范围粘度）；颜填料粒径分布、形状、密度、分散状态。体积絮凝：采用HEC时，纤维素分子吸附弱，极容易被漆中的润湿剂、乳液中的表面活性剂等所置换，游离于水相中。由于纤维素分子较强的刚性结构的作用，压迫颜料、乳液颗粒相互靠近，当粒子间隔小于可溶聚合物的螺旋直径时，可溶聚合物就会被挤出粒子之间的间隔区域，造成聚合物的局部低浓度，于是就出现一个不平衡的渗透压，这个压差将把颜料、乳液粒子压到一起，所造成的微絮凝物的特性取决于粒子粒径和所占的体积分数以及水溶聚合物的浓度，在这样的体系中流动所要求的能量的相当部分需用来破坏这个粒子絮凝物，即产生屈服应力，这种微絮凝粒子加上增稠剂，将会在贮存过程中变粗，加快下沉，产生大规模的相分离。下面为影响贮存稳定性的一些实例。l颜填料影响 表2 颜填料影响实例==========================================================================原料 1# 2# 3#--------------------------------------------------------------------------分散剂5034/PE-1005034 /PE-1005034/PE-100-------------------------------------------------------------------------- 立德粉-1 21% 立德粉-2 21% 锐钛 5%颜填料 轻钙 24% 轻钙 24% 高岭土 21% 滑石粉 5% 滑石粉 5% 重钙 24% 滑石粉 5%--------------------------------------------------------------------------乳液 苯丙 10% 苯丙 10% 苯丙 10%-------------------------------------------------------------------------- HEC 0.2% HEC 0.3% HEC 0.2% 增稠剂 636 0.6% 636 0.3% 636 0.3% 2000D 0.8%2000D 0.5% 620 0.9% 2000D 0.3%-------------------------------------------------------------------------- KU 83 83 92--------------------------------------------------------------------------Brookfield， 10000 9400 114006rpm（mPa.s）----------------------------

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