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1、乳胶漆流变性的调整与增稠剂的选择杨明 姜年超（3A化学科技有限公司实验中心，200437）焦庆杰（北京卓越东方科技有限公司，101100）文摘：本文主要探讨了不同PVC乳胶漆流变性的调整方法。在不同乳液中增稠剂的选择，以 达到较好流变效果。1前言11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。粘度（mPa.s）图1乳胶漆不同剪切速率下粘度变化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，如图1。 全部范围内的粘度曲线可由Casson
2、经验方程表示：n = n +（T /D）n8 0D剪切速率，S-iT 屈服值，dyn/cm2 ；屈服值可由下式计算：0T=0.0056ni.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0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。n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 OO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
3、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，改变乳液和固体粉料的百分比可以调节涂料粘度，但要 达到一个好的流变效果其作用有限，成本上也并不经济。所以增稠剂便成为涂料一个必不可 缺的重要原材料。常用增稠剂有：纤维素醚类、碱溶胀聚丙烯酸乳液类、非离子缔合型聚氨
4、 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是通过氢键缔合，使自由水变为非自由水，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，但其触变性大造成流平性差，耐水差造成外墙应用困难，耐酶，耐霉解性能差造成储 存稳定性受影响。碱溶胀聚丙烯酸乳液增稠剂根据其缔合单体的摩尔比不同在体系中提高中剪或低剪粘 度。其作用机理是丙烯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，其缔合单体同时可以与 乳胶漆中
5、的颗粒有吸附，产生网状结构增加体系粘度。如3A公司的SU1630, SU1620, AQ-20 与 V-60 都是增加低剪粘度为主。其中 V-60 为非缔合型，其余为缔合型。根据触变性强弱为 V-60SU1620SU-1630AQ-20。接支缔合单体较多的碱溶胀增稠剂大多提高中剪切粘度， 在乳液含量较高体系中有极佳的增稠流平效果，但相对成本较高。如3A公司的AQ-30，ROHM HASS 公司的 TT935。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NOPCO公司的SN-612、DSX-1550、 3A
6、公司的 SU-1845，SU-1850 亲水性强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NOPCO公司的SN-621N，罗门哈斯的RM2020，3A公司的SU-1800, SU-1820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。本文对不同颜填料体积浓度（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
7、液用量低至9%, PVC高达80%以上。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，可以选用吸水量较大 的高岭土，轻钙，滑石粉等，但范围有限而且用量过多会造成漆膜抗水耐擦洗的缺陷。可应 用较高分子量的羟乙基纤维素（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3A公司的AQ-20,提高中低剪粘度，同时提高保水性。 如果为了增加溜平可考虑AQ-10。只用HEC和碱溶胀型增稠剂，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
8、与乳液之间作用较弱，可以使用牛顿型缔合型增稠剂如3A公司的 SU1820，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-1005034/PE-1005040颜填料立德粉 21%轻钙24%滑石粉5%锐钛5%高岭土 16% 重钙24%滑石粉5%锐钛高岭土 重钙滑石粉6%14%24%6%乳液苯丙10%
9、苯丙10%苯丙10%增稠剂HEC 0.2%6360.6%SU1820 0.8%HEC0.2%SU1630 0.3%SU1825 0.9%SU-1820 0.3%S1620S1825S18000.9%0.6%0.5%KU839283Brookfield，6rpm(mPa.s)9700120008000触变指数TI4.03.43.0贮存稳定性不分层不分层不分层(50C, 30 天)未反粗未反粗未反粗注：SN-5034、5040、5027、SN636 为 NOPCO 公司产品牌号。SU1630, SU1620, SU1825, SU1820, SU1400, SU1410, SU1530, SU15
10、40 为 3A 公司产品牌号。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 颜填料沉降与体积排斥絮凝。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。体积排斥絮凝：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
11、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。颜填料影响表 2 颜填料影响实例原料1#2#3#分散剂5034/PE-1001540 /PE-1005034/PE-100立德粉-1 21%立德粉-2 21%锐钛5%颜填料轻钙24%
12、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%HEC0.2%HEC0.3%HEC0.2%增稠剂AQ-200.6%6360.3%AQ-200.3%S1825 0.8%S1820 0.5%S18250.9%S18200.3%KU868392Brookfield，6rpm（mPa.s）11000940011400贮存稳定性(50C, 30d)未分层未反粗分层 5%粘液 未反粗未分层 未反粗颜填料的粒径与形状对沉降、分层有影响。颜填料颗粒细，则沉降慢，比表面积大则吸 附分散剂的量较大，吸附相对稳定。立德粉-1、轻钙的颗粒细、密度小、悬浮性好；而立德 粉
13、-2、重钙的密度大；滑石粉、高岭土系填料颗粒为针状或棒状结构，在静止时可形成触变 结构、粘度较高，防止颜料沉底。 润湿剂影响 表3润湿剂影响实例原料4#5#分散剂5034PE-1000.4%0.1%5034PE-1000.4%0.3%颜填料立德粉-2 21%立德粉-2 21%轻钙13%轻钙13%重钙10%重钙10%滑石粉5%滑石粉5%乳液苯丙10%苯丙10%增稠剂0P44000.3%OP44000.3%6360.4%6360.4%1845 0.15%1845 0.15%KU9293Brookfield，6rpm（mPa.s）1340010600贮存稳定性(50C, 30ds)分层5%粘液分层1
14、0%粘液表 3 中的两组配方显示，使用较多的润湿剂，一方面使颜填料解絮凝，另一方面降低了 增稠剂的吸附作用，使增稠剂分子更易于游离，最终造成分层。同样的4#配方中分散剂换为 5040 或 1540分层也会加剧。这说明 5040 和 1540 降粘效果好于5034，不需要大量 PE100 来 辅助分散。造成游离润湿剂过多以至分层。也说明为什么低钛白含量的乳胶漆中用 5040， SU1540 分水，而低档分散剂没有分水。2.1.2 PVC=64%的内墙漆这类乳胶漆要求贮存期不低于半年，需要调节适宜的中、高剪粘度，使涂料具有良好的涂 刷性、流平性、抗飞溅性，还要提高低剪粘度，防止贮存期分层。表 4 中列出了增稠剂应用 实例。表4 PVC=64%乳胶漆实例原料分散剂颜填料乳液1#2#3#4#5#5040/4005040/4001530/14001530/14005040/1410锐钛锐钛锐钛BA01 8%BA01 8%BA01 8%立德粉立德粉R-244R-244高岭土20%21%8%8%15%轻钙轻钙高岭土高岭土
