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增稠剂的制法及影响增稠效果的因素(2)

发布者: 纤维素醚-汇中化工  时间:2018-07-14


3 影响增稠剂的增稠效果以及增稠 剂与水性涂料中其他成分的相互作用 

       增稠剂作用机理的复杂性大大提高了水性涂料的流变性能。使用增稠剂,可以获得与传统的纤维素类增稠剂相比具有更好的应用及成膜特性的涂料。然而,涂料性能的改善在使用增稠剂时增加了配方的复杂性。而且增稠剂会与涂料配方中其他组分相互作用,并且这种相互作用可能会给涂料性能带来积极或消极的影响,因而新的重点应放在配方中其他组分与增稠剂的性能的相互影响 上。 

3.1 增稠剂种类对乳液的增稠作用 

       由于型增稠剂结构的复杂性,使其对乳液的增稠效率和黏度的假塑性差别较大,根据其特征可分为假塑型和牛顿型。假塑型增稠剂疏水基强烈吸附在乳液粒子表面,显著提高低剪切和中剪切黏度,此类增稠剂在提高黏度的同时,具有较高的中、低剪切增稠效率,以增稠作用为主;另一类具有较低的中、低剪切增稠效率 ( 牛顿型 ) ,在有效提高黏度的情况下,不会提高低剪切、中剪切黏度,常作为流平剂。 

3.2 乳液种类对增稠作用的影响

       增稠剂疏水基团的种类与数目决定增稠效率。疏水基团与乳胶漆中的亲油粒子,如乳胶粒子或颜料粒子进行吸附,增稠作用强弱与乳胶粒子的组成、粒子大小、乳化剂种类有关。乳胶粒子表面亲水、亲油情况是不同的,由聚合物组成和乳化剂种类所决定。通常增稠剂对苯丙、纯丙乳液粒子的吸附作用比醋丙强烈,中低剪切黏度高。乳胶粒子小,比表面积大,增稠剂吸附作用大,对乳液增稠效率高,黏度增加迅速。 

3.3 表面活性剂对增稠作用的影响 

       增稠剂控制乳胶漆的流变行为的卓越能力主要来自于它们能起到类似“聚合型表面活性剂”的作用。一方面,它们能以表面活性剂相同的方式与涂料中其他组分相互作用;另外,增稠剂中的疏水基团相互的方式也与表面活性剂的疏水性基团形成胶束的方式类似。增稠剂与表面活性剂不仅具有类似的行为方式,而且还与相同的组分发生相互作用。两者都是通过吸附到涂料组分的颗粒表面而起作用,因此某些情况下,增稠剂与表面活性剂会相互影响从而产生不同的涂料性能。表面活性剂与增稠剂会相互影响从而引起涂料性能的变化已引起广泛重视。例如,配方中表面活性剂用量过多会导致增稠剂从乳胶颗粒表面置换出来进入连续相,从而抑制了增稠剂产生作用的能力。发生这种现象时,增稠剂会类似于传统的羟乙基纤维素 (HEC) 增稠剂导致涂料流平性、光泽以及遮盖性能的下降。 Seng 等研究了在 pH 为 9 左右, HASE 的浓度为 0 . 5 % ( 质量分数 ) ,在阳离子、阴离子和非离子表面活 性剂存在下, HASE 的流变行为。研究结果表明:表面 活性剂的浓度低于临界浓度 C ( 与表面活性剂的 CMC 相当 ) ,表面活性剂的存在通过混合聚合物疏水基团/表面活性剂胶束的形成来加强物理网状结构。表面活性剂的浓度高于 C 时,阴离子或阳离子表面活性剂的存在能够破坏和削弱所形成的网状结构。此外,阳离子表面活性剂分子中的阳离子屏蔽了聚合物主链上的羧基阴离子,因此,降低了聚合物链间的静电排斥。非离子表面活性剂存在时,由于形成了双分子层膜对物理网状结构起着进一步的加强作用。 Svanholm 等采用对增稠剂的流变性和表面张力进行测量的方法,对溶液中的增稠剂与阴离子表面活性剂的相互作用进行研究。 HEUR 和 HMHEC 增稠剂都和表面潘性剂发生强烈的相互作用。当加人适量的表面活性剂时,增稠剂所形成的物理网状结构都得到加强,但表面活性剂的浓度高时,物理网状结构会受到破坏。而高浓度的表面活性剂对 HMHEC 增 稠剂所形成物理网状结构的破坏比 HEUR 增稠剂更为 明显。通过对损耗浓度等势线的测量、动电测量、椭率测量法等来研究增稠剂对乳液的吸附。与 HMHEC~ 稠剂相比, HEUR 增稠剂对乳液的吸附比表面活性剂更强。 Kaczmarski 等 研究了在含有十二烷基硫酸钠 (SDS) 和壬基酚聚氧乙烯醚 (OP — 10) 的水溶液中一 系列增稠剂 (HASE 、 HMHEC 、 HEUR) 的流变行为。 在临界浓度时,在 HASE 或 HMHEC 溶液中加人 SDS 会增加它们的黏度;而加人非离子表面活性剂 OP — 10 时,对溶液黏度影响很小。当溶液中都含有这两种表面活性剂时,表面活性剂对 HEUR 的影响与其对 HASE 和 HMHEC 影响不同。对于带有较大有效的终 端疏水物 HEUR ,非离子表面活性剂溶液中的 HEUR 黏度比阴离子表面活性剂中 HEUR 的黏度更大。 

3.4 分散剂对增稠作用的影响

       分散剂实际上是一种特殊类型的表面活性剂,它 们能与涂料中其他组分包括增稠剂相互作用。在涂料中分散剂具有基本相同的作用机理,它们能吸附到颜填料颗粒的表面,通过电荷排斥、空间位阻或两者共同作用来防止颜填料颗粒聚结。大多数涂料分散剂多为低相对分子质量 (1 000 ~ 50 000) 、含有羧基的聚合物的铵或碱金属盐。 HEUR 类增稠剂其聚氧乙烯主链具有亲水性,正常情况下能与水形成氢 键。然而在离子浓度较大的环境下,水则更易与离子 结合,因此引起主链脱水使增稠剂不能溶解。增稠剂不能很好地发挥作用,在微观尺度上发生相分离,产生絮凝导致流动性及光泽下降。任何离子含量高的原料都会导致 HEUR 类增稠剂溶解性的下降。多元酸均聚物分散剂由于其羧基含量高而成为这些离子的主要来源,但这些离子也可以来自于离子型表面活性剂、颜料浆、辅助分散剂 ( 如三聚磷酸钠 ) 以及纤维素增稠剂溶液浆。这些组分含量的略微变化都会对涂料性能产生较大的影响。 HASE 类增稠剂可将多元酸共聚物分散剂从颜填料表面置换出来,从而引起桥式絮凝;另一方面 HEUR 类产品在多元酸均聚物分散剂存在时会发生盐析。为了尽可能避免问题的出现,可将多元酸均聚物分散剂与 HASE 类增稠剂配合,而多元酸共聚物分散剂宜与 HEUR 类增稠剂配合使用。与 HASE 类增稠剂配合使用时,高酸含量的多元酸均聚物分散剂十分有利,然而与 HEUR 增稠剂配合使用时,可用酸含量较低的多元酸共聚物分散 剂。 

4 结语 

       增稠剂由于其具有优异的流变性已得到了广泛的认可,在涂料工业、日用化学工业、纺织工业、皮革工业等得到了广泛的应用。随着人们对增稠剂增稠机理进一步认识和完善、简便快捷的工业化制备的发展和增稠剂品种的不断丰富,增稠剂将会得到更加广泛的应用。但 HMHEC 不具有生物降解性、 HEUR 和 HASE 以及其他增稠剂大部分的制备原材料都来自于石油的转化产品。随着世界各国对环境保护的重视和人们环保意识的增强以及能源资源危机的加剧,采用可再生资源为原料,采用绿色经济的制备工艺制备出对环境友好的高性能增稠剂是增稠剂的发展方向。 wu 等 采用儿茶酚和壳聚糖为原料,采用酪氨酸酶催化工艺制备出性能良好的增稠剂。


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