随着人们环保意识的增强和国家环保政策的大力推进,开发以水为溶剂、无VOC排放的水性涂料势在必行,已成为当前涂料制造商关注的焦点。

由于水或水溶性醇醚本身的特性,作为溶剂,粘度低,流变性差。通常需要增稠剂来改善其流变性能。

水性涂料增稠剂能显著改善涂料的流变性能,有助于提高涂料的假塑性。当使用高剪切速率时,涂层会变得更薄,当剪切停止或剪切力较低时,涂层会变得更厚。这些特性可以提高涂料的储存稳定性,避免涂料中颜填料的沉降,有助于水性涂料在喷涂过程中的雾化。另一方面,它们可以防止涂层下垂,并确保涂层在施工过程中良好。

水性涂料增稠剂可分为纤维素类、丙烯酸酯类、聚氨酯类和无机增稠剂。

水性涂料增稠剂水性涂料增稠剂

纤维素增稠剂具有悠久的发展历史,应用广泛。根据它们的分子结构,分为羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基纤维素,其中常用的是羟乙基纤维素。

纤维素增稠剂的增稠机理主要是利用其结构中的疏水主链与水形成氢键,同时其结构中的其他极性基团相互作用构建三维网络结构,增加聚合物的流变体积,限制聚合物在空之间的自由运动,从而提高涂层的粘度。当施加剪切力时,三维网络结构被破坏,分子间氢键消失,粘度降低。当剪切力消除后,氢键重新形成,三维网络结构重新建立,从而保证涂层具有良好的流变性能。

纤维素增稠剂结构中富含羟基和疏水链段,增稠效率高,对pH值不敏感。但由于耐水性差,影响漆膜流平性,容易被微生物降解,所以主要用于乳胶漆。

聚丙烯酸酯类

聚丙烯酸碱溶胀增稠剂是一种交联共聚物乳液。该共聚物以酸和极小颗粒的形式存在,外观呈乳白色,粘度低,在低pH值下稳定性好,不溶于水。加入碱剂后,转化为澄清的高溶胀分散体。它的增稠作用是通过用氢氧化物中和羧酸基团而产生的;加入碱剂后,不易电离的羧酸基团立即转化为电离的羧酸铵盐或金属盐,沿共聚物大分子链的阴离子中心产生静电排斥作用,使交联的共聚物大分子链迅速膨胀和拉伸。由于局部溶解和膨胀,原始颗粒增加了许多倍,粘度显著增加。由于交联不能真正溶解,盐形式的共聚物可视为颗粒急剧增大的共聚物分散体。

聚丙烯酸增稠剂增稠效率高,增稠速度快,生物稳定性好,但对pH值敏感,耐水性差,光泽度低。

聚氨酯缔合类

缔合型聚氨酯增稠剂的缔合结构在剪切力的作用下被破坏,粘度降低。当剪切力消失时,其粘度可以恢复,可以防止施工过程中的下垂现象。并且其粘度恢复具有一定的滞后性,有利于涂膜的流平。聚氨酯增稠剂的相对分子质量比前两类增稠剂低很多,对喷溅没有贡献。纤维素增稠剂的高水溶性会影响涂料的耐水性,但聚氨酯增稠剂在其分子上既有亲水基团又有疏水基团,疏水基团与涂料的基材有很强的亲和力,可以增强涂料的耐水性。由于乳胶粒参与缔合,不会产生絮凝,流平性好,能使涂膜光滑,光泽度高。

无机类增稠剂

无机增稠剂主要有改性膨润土、凹凸棒土等。它们的增稠剂具有增稠性强、触变性好、酸碱度适应范围广、稳定性好的优点。而膨润土是一种吸光性很好的无机粉体,可以明显降低涂膜的表面光泽度,起到类似消光剂的作用。因此,在光亮乳胶漆中使用膨润土时,应注意控制用量。纳米技术实现了无机粒子的纳米化,赋予无机增稠剂一些新的性能。

无机增稠剂的增稠机理比较复杂,一般认为是内部电荷之间的排斥作用,以提高涂料的粘度。由于流平性差,对漆膜的光泽和透明度有影响,一般主要用于底漆或厚浆涂料。

总结

在涂料制备过程中,增稠剂的选择要考虑许多因素,如与体系的相容性、粘度、储存稳定性、和易性、成本等。作为涂料工程师,要熟悉各种增稠剂的特性。在配方设计过程中,多种增稠剂可以一起使用,在满足性能的情况下,充分发挥各种增稠剂的优势,合理控制成本。

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