加入收藏
您好,欢迎光临上海苍洪实业有限公司!
021-3352 3756
13341629880

 20  专注高分子材料

抗紫外线、抗黄变

以水性聚氨酯涂料的流变性为例,浅析不同增稠剂的作用原理和优缺点

      近些年来水性涂料的发展日趋成熟,市场消费量也呈现快速上涨的态势,上海苍洪的许多水性添加剂产品在水性涂料配方中也得到日益广泛的应用,如水性抗黄变剂、炔二醇表面活性剂等。水性聚氨酯涂料是水性涂料的一大类型,使用范围很广,其具有优异的耐候性、耐化学品性及良好的机械性能。不同于油性产品体系,水性聚氨酯涂料的流变性是聚氨酯配方当中非常关键的环节,本文就此增稠剂的产品类型做一介绍。

       我们先看看水性聚氨酯涂料的流变特点:

       1、水性树脂(乳液或分散体)与水处于相对分离的状态,流变设计上就有了对水相进行增稠和对树脂相进行增稠,以及对两相都有增稠作用的几种不同的设计方案;

       2、水性树脂的平均分子量大小和成品的体系粘度关系不大;

       3、成膜物乳液是不溶于水的,所以成膜时需要引入成膜助剂或者助溶剂来帮助最终成膜。而成膜助剂或者助溶剂的引入,会对流变助剂的选择造成一定的影响。

       首先,我们来看看一个概念——缔合型增稠剂,这个概念是针对水性体系而言的。由于水性体系的“相分离”的特点,有些流变助剂是针对液相或者整个体系进行增稠的,我们称之为“非缔合型”增稠剂,而有些流变助剂是针对体系当中的特定的乳液或者颜填料进行缔合型增稠的,我们称之为“缔合型”增稠剂或流变助剂,如下图所示。

       我们可以把不同的流变助剂进行归类,如下图所示。


       本文将重点探讨羟乙基纤维素(HEC)、碱溶胀型丙烯酸乳液(HASE)、聚氨酯型增稠剂(HEUR)、聚脲聚氨酯增稠剂、气相二氧化硅、粘土类增稠剂(膨润土,锂蒙脱土等)及聚酰胺蜡等产品的增稠机理,以及可能存在的优缺点。

       一、纤维素醚类。纤维素醚类的增稠剂,其产品的结构式如下:

 

      不同的R'和R''基团可以得到不同的产品:

      1、 羧甲基纤维素钠(SCMC)

      2、 羧甲基2-羧乙基纤维素钠

      3、 羟乙基纤维素(HEC)

      4、 甲基纤维素(MC)

      5、 2-羟丙基甲基纤维素(HPMC)

      6、 2-羟乙基甲基纤维素(HEMC)

      7、 2-羟丁基甲基纤维素

      8、 2-羟乙基乙基纤维素(HEMC)

      9、 2-羟丙基纤维素(HPC)

      比较常用的是羟乙基纤维素,羟乙基纤维素的增稠机理是由于其具有很大的分子量(10-100万)从而增稠水相,产生巨大的水合体积。通过巨大的水合体积以及氢键的作用,来实现最终的防沉降的目的。




     羟乙基纤维素作为增稠剂具有以下特点:

      ● 适用于大多数涂料体系;

      ● 增稠效率很高,较少的量就能达到很好的增稠效果;

      ● 良好的抗流挂和抗罐内沉降;

                                                                                                       

      然而,它也有相应的缺点,如:

     ● 影响漆膜的光泽和流平;

     ● 容易产生飞溅;

     ● 不耐微生物降解等。

     

      二、聚氨酯类缔合型增稠剂。平均分子量大约在5-10万左右,分子结构比较像表面活性剂,即一端为亲水基团,而另一端为疏水基团,两个基团之间以聚氨酯键相连接,其作用机理是通过与乳液之间的缔合作用从而形成空间交联网状结构。

聚氨酯类增稠剂具有以下优点:

● 容易得到很高的光泽以及流平性;

● 对于高剪粘度表现较好,在高剪切下表现出优异的抗飞溅性;

● 耐生物降解性能好;

● 耐水性以及涂膜耐久性好;


它存在的缺点有:

● 在低剪切条件下粘度的表现有限;

● 对助溶剂以及分散剂等较为敏感;

● 乳液类型、PVC、体积固含量等都可影响它的增稠效率。


       三、碱溶胀型丙烯酸。它属于缔合型的增稠剂,其分子主链结构如下:

     


      通过引进疏水基团,丙烯酸增稠剂在碱性的环境下,可以实现疏水基团和乳液以及颜填料之间的缔合,而亲水的一端溶解于水介质中,从而实现增稠的机理。此类增稠剂的分子量大约在几万到几十万不等,其作为增稠剂有以下优缺点:

      优点:

      ● 耐生物降解性;

      ● 与纤维素醚类产品相比,漆膜光泽和流平性有较大改善;

      ● 较好的抗飞溅性能;

      ● 成本较低。

      缺点:

      ● 需要在碱性条件下才能发挥作用;

      ● 增稠效率受乳液、PVC、体积固含量等影响;

      ● 对助溶剂,表面助剂,分散剂等的选择较为敏感。


       四、气相二氧化硅。气相二氧化硅是溶剂型涂料里面常用的流变助剂之一,其作用机理如下图所示。



气相二氧化硅之间形成硅醇氢键,而大量的硅醇键的存在使体系内可以形成交联的网络结构,从而实现防沉降和防流挂的作用。



      气相二氧化硅作为流变助剂,具有以下优点:

      ● 无机物稳定性好,不存在生物降解可能;

      ● 防沉降和防流挂性能好;

      ● 具有良好的颜料稳定性;

      ● 不影响防腐性能,甚至能增加防腐性能;

      ● 能增强漆膜的附着力和韧性;

      ● 对温度,助溶剂的选择不敏感,无需活化。

      缺点表现为:

      ● 常规气相二氧化硅在水性体系里的添加不是特别容易;

      ● 需要一定的添加量才能达到交联网络的建立;

      ● 添加量大时有可能影响光泽和流平;

      ● 需要良好的分散使之形成小的附聚体。


       五、有机蜡。有机蜡粉或蜡浆,特别是聚酰胺蜡是在油性涂料中较常用的流变助剂之一,具有非常好的抗流挂和防沉降的助剂,其作用的机理为:


      有机蜡粉在高速分散下附聚体被打开,均匀地分散在树脂或溶剂介质中,在溶剂的溶胀作用和一定温度的活化下形成”纤维状”交联网状结构,其具有以下优缺点:

优点:

● 触变性较强,低剪粘度较高,而高剪粘度较低,容易做到较高膜厚;

● 优异的防沉降和抗流挂性能;

● 对光泽的影响不大。


缺点

● 粉状有机蜡需要高速机械搅拌以及温度、溶剂活化;

● 在水性体系里有稳泡的可能性;

● 对生产工艺要求较高。


       六、聚脲聚氨酯。其作用机理如下图所示。

      通过聚脲聚氨酯(聚醚)之间形成的NH氢键,形成交联网状的结构,从而实现防沉降的作用,其具有以下优缺点:


优点

● 液态,易添加,无需活化;

● 对体系防沉降非常有效;

● 高剪粘度低,易施工。


缺点:

● 与溶剂、体系的极性相关性大;

● 高剪切下会破坏其针状晶体结构;

● 高剪切粘度恢复需要时间,所以抗流挂的性能有限。


      七、粘土类增稠剂。常见的粘土类的增稠剂有膨润土和其他类型的蒙脱土(锂蒙脱石),其作用的机理如下。

通过蒙脱土片状结构之间的氢键以及电荷之间的作用,从而形成凝胶或所谓的”卡屋”结构,进而实现防沉降和流挂的作用。


优点:

● 无机物质,稳定性好,不存在生物降解可能;

● 防沉降和防流挂性能好;

● 能改善施工性能;

● 优秀的抗分水性能;

● 对温度,溶剂不敏感。


缺点:

● 最好做成预凝胶;

● 对光泽可能有一定影响;

● 须活化。

暂无评论!
我要评论 只有购买过该商品的用户才能评论。

友情链接:化工网  

电话: +86-21-3352 3756       

邮箱: [email protected]

地址:上海市松江区横港路155弄204号

官网二维码
扫一扫加微信
  • QQ咨询
  • 电话咨询
  • 133 4162 9880
  • 021-3352 3756