流變學(xué)原理和增稠劑選擇的技巧

流變學(xué)原理和增稠劑選擇的技巧第1頁/共61頁涂料中的流變學(xué)基本原理增稠劑的類型和選擇第2頁/共61頁流變學(xué)：描述物體在外力作用下產(chǎn)生流動(dòng)和形變規(guī)律的學(xué)科基本概念剪切應(yīng)力：物體單位面積切線方向的力剪切速率粘度：流體阻礙流動(dòng)的程度第3頁/共61頁

剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力面積剪切力第4頁/共61頁剪切速率剪切速率V第5頁/共61頁

剪切速率剪切速率濕膜厚度250mm/0.25s第6頁/共61頁牛頓認(rèn)為要維持這種速度上差異的力與垂直于流體的速度差異（即速度梯度）成正比 ，用下式來表示：粘度= 剪切應(yīng)力/剪切速率粘度的SI單位為帕斯卡·秒，涂料行業(yè)通用單位泊（厘泊）1Pa.s=10Poise=1000CP

粘度第7頁/共61頁牛頓流體剪切應(yīng)力和剪切速率的關(guān)系為一條直線在給定溫度下粘度與剪切速率無關(guān)包括簡(jiǎn)單的流體:如水、有機(jī)溶劑和礦物油牛頓流體剪切應(yīng)力剪切速率粘度剪切速率第8頁/共61頁非牛頓型流體：液體粘度隨著剪切速率的變化而變化假塑性/塑性:粘度隨著剪切速率的增加而降低(剪切變稀)膨脹性:粘度隨著剪切速率的增加而降低（剪切變稠）觸變性：剪切變稀，且粘度取決于剪切時(shí)間震凝性：剪切變稠，且粘度取決于剪切時(shí)間

第9頁/共61頁剪切速率塑性假塑性剪切應(yīng)力剪切速率假塑性塑性粘度剪切速率剪切速率膨脹性膨脹性粘度剪切應(yīng)力第10頁/共61頁粘度剪切速率/時(shí)間剪切速率/時(shí)間粘度觸變性震凝性第11頁/共61頁各類非牛頓型流動(dòng)特點(diǎn)剪切條件粘度變化下降上升剪切速率上升假塑性（剪切變?。┡蛎浶停羟凶兂恚┘羟袝r(shí)間增加（剪切速率恒定）觸變性震凝性第12頁/共61頁涂料與流變學(xué)的關(guān)系第13頁/共61頁剪切速率

(s-1)

涂料和流變學(xué)的關(guān)系施工刷涂、輥涂、噴涂0.0010.010.111010010001000010000

Veryslowflow/流動(dòng)很慢DryPaintVeryrapidflow/流動(dòng)很快制備研磨或高速分散

沉降（貯存過程）涂料振蕩器涂裝給料蘸涂料流掛/流平第14頁/共61頁0.11101001,00010,000Brookfield粘度計(jì)KU斯托默粘度計(jì)ICI錐板粘度計(jì)

流變儀剪切速率

(s-1)

涂裝過程

10-2 10-1 100 101 102 103 104

105

流掛流平

浸涂泵送混合分散噴涂滾涂

刷涂

涂料和流變學(xué)的關(guān)系第15頁/共61頁

漆膜的光學(xué)性能（遮蓋、光澤）主要取決于顏填料分散的質(zhì)量

涂料制備：分散高研磨粘度低研磨粘度

涂料和流變學(xué)的關(guān)系第16頁/共61頁沉降就是顏料、填料和其他固體物質(zhì)在重力作用下一直下沉到容器的底部顏料沉降是一個(gè)低剪切速率的現(xiàn)象：所涉及的剪切速率小于10-2

s-1，所以涂料在這種剪切速率下的粘度對(duì)防止顏料的沉淀至關(guān)重要克服沉降的常用方法平衡顏料/填料的粒徑分布（采用小粒徑填料代替部分粒徑較大的填料）盡量降低溶劑和表面活性劑的用量，它們會(huì)降低低剪切速率下的粘度通過選擇增稠劑調(diào)高低剪切下的粘度（如將RM-2020NPR替換為RM-2020NPR/RM-8W混合物加入少量（0.5-2g/L）HEC來增加低剪切粘度。但會(huì)影響流動(dòng)和流平性以及抗飛濺性能涂料貯存：沉降

涂料和流變學(xué)的關(guān)系第17頁/共61頁涂料施工：蘸漆

蘸漆是在中等剪切速率(10-100sec-1)條件下的操作涂料非常粘稠并且在罐內(nèi)靜置時(shí)就結(jié)構(gòu)化，通常的一個(gè)感覺就是這種涂料很難涂裝涂料在罐中非常稀會(huì)導(dǎo)致涂料在涂刷轉(zhuǎn)移過程滴落、施工時(shí)在垂直表面嚴(yán)重的流掛以及輥涂操作時(shí)飛濺

控制涂料在這個(gè)剪切速率范圍的粘度會(huì)影響這些中等剪切下的性能（罐內(nèi)外觀、蘸刷、攪拌）。

涂料和流變學(xué)的關(guān)系第18頁/共61頁刷涂、輥涂和噴涂操作取決于高剪切速率（>103sec-1）下的粘度高剪切速率下的粘度越高，施工過程中涂料分布所受到的阻力越大，因而一次施工能獲得較厚的漆膜。反之，高剪切速率下粘度低意味著涂料分布時(shí)受到的阻力較低，涂料容易鋪展在基材表面相應(yīng)漆膜較薄，導(dǎo)致遮蓋力降低

涂料施工：漆膜豐滿度

涂料和流變學(xué)的關(guān)系第19頁/共61頁涂料A涂料B涂料C涂料施工：流平流掛

涂料和流變學(xué)的關(guān)系第20頁/共61頁影響流平流掛影響因素漆膜厚度干燥速度粘度（低剪切條件下）最大的流平性和最小的流掛的目標(biāo)相互矛盾低剪切速率下的粘度降低有助于流平性，但同時(shí)增加了流掛而增加漆膜厚度會(huì)加速流平，同時(shí)也增加了流掛

涂料施工：流平流掛

涂料和流變學(xué)的關(guān)系第21頁/共61頁涂料生產(chǎn)、儲(chǔ)存和涂裝操作中所需最佳流動(dòng)特性粘度剪切速率s-1漆膜豐滿度高高沉降高很低<0.001分散高5×105-1012涂刷性低>20000流平性很低低0.01-0.1抗流掛性高低0.001-0.1

涂料和流變學(xué)的關(guān)系第22頁/共61頁1.增稠劑的分類 2.常見增稠劑的分子結(jié)構(gòu)3.增稠劑的增稠機(jī)理 4.增稠劑的增稠效果

5.增稠效率影響因素6.增稠劑選擇增稠劑的類型和選擇第23頁/共61頁1.增稠劑分類增稠劑/流變助劑

非締合型疏水改性堿溶性丙烯酸乳液非離子型聚氨酯纖維素醚類-HECNatrosol250HBR堿溶性丙烯酸乳液-ASEASE-60疏水改性纖維素醚類-HMHECNatrosolPlus330-HASETT-935

-HEURRM-2020NPR締合型第24頁/共61頁2.增稠劑的分子結(jié)構(gòu)第25頁/共61頁

纖維素醚類增稠劑纖維素衍生物,通過取代到纖維素主鏈上的烷基不同得到不同產(chǎn)品其中R和R”

是：a)CH3b)CH2COONac)CH2CH3d)CH2CH2OHe)CH2CH2CH(OH)CH3f)CH2CH(OH)CH3生產(chǎn)羧甲基纖維素鈉（SCMC)（b）羧甲基2-羧乙基纖維素鈉（b+d）羥乙基纖維素(HEC)（d）Natrosol250HBR甲基纖維素（MC）-(a)2-羥丙基甲基纖維素(HPMC)（a+f）2-羥乙基甲基纖維素(HEMC)(a+d)2-羥丁基甲基纖維素(a+e)2-羥乙基乙基纖維素(HEMC)(c+d)2-羥丙基纖維素(HPC)(f)分子量:10萬–100萬(環(huán)狀分子)剛性

增稠劑的分子結(jié)構(gòu)第26頁/共61頁非離子型聚氨酯增稠劑(HEUR)

(HydrophobicallymodifiedEthyleneoxideURethane)

線型類支鏈類疏水基團(tuán)親水主鏈聚氨酯鏈接分子量:5萬–10萬(分子)柔性

增稠劑的分子結(jié)構(gòu)第27頁/共61頁疏水改性堿溶性乳液(HASE)(HydrophobicallymodifiedAlkaliSolubleEmulsion)COOH羧酸主鏈EO鏈段疏水基團(tuán)XY(R=CH3orH)分子量:

幾萬–幾十萬(分子)剛性相對(duì)較弱COOH

增稠劑的分子結(jié)構(gòu)第28頁/共61頁3.增稠劑的增稠機(jī)理第29頁/共61頁羥乙基纖維素HEC增稠機(jī)理HHOHHOHHOHHOHHOHHO

增稠水相(氫鍵)

粘度取決于分子量和極性基團(tuán)的水合能力

增稠劑機(jī)理第30頁/共61頁聚氨酯締合型HEUR增稠劑增稠機(jī)理

(如:RM-2020NPR)

非離子表面活性劑疏水基團(tuán)親水端

線型類支鏈類疏水基團(tuán)親水主鏈聚氨酯鏈接聚氨酯增稠劑(分子量:

幾百–幾千)

增稠劑機(jī)理(分子量:5萬–10萬）第31頁/共61頁表面活性劑與乳液的締合水溶液中表面活性劑膠束表面活性劑在乳膠顆粒表面的吸附乳膠顆粒疏水基團(tuán)親水端第32頁/共61頁水相中結(jié)構(gòu)與乳膠顆粒作用膠束結(jié)構(gòu)乳膠顆粒

增稠劑機(jī)理聚氨酯締合型HEUR增稠劑增稠機(jī)理增稠乳液相第33頁/共61頁HASE類締合型增稠劑增稠機(jī)理

(如:TT-935,DR系列)堿性環(huán)境pH~3-4pH~7-10COO-COO-乳液形態(tài)供貨粘度上升,體系增稠COOHCOOH

增稠劑機(jī)理第34頁/共61頁HASE類締合型增稠劑增稠機(jī)理

(如:TT-935,DR系列)乳液乳液乳液-----------------------------

增稠劑機(jī)理增稠水相及乳液相第35頁/共61頁HASE類締合型增稠劑

(如:TT-935,DR系列)pH粘度6.27.5第36頁/共61頁4.增稠劑的增稠效果第37頁/共61頁導(dǎo)致體積限制絮凝纖維素醚類增稠劑的增稠效果T水T

增稠效果第38頁/共61頁纖維素醚類增稠劑的增稠效果增稠前增稠后乳液增稠前后的電子顯微照片第39頁/共61頁

締合型增稠劑增稠效果水相中結(jié)構(gòu)與乳膠顆粒作用膠束結(jié)構(gòu)乳膠顆粒

增稠效果第40頁/共61頁締合型增稠劑的增稠效果增稠前增稠后乳液增稠前后的電子顯微照片第41頁/共61頁纖維素醚類增稠劑優(yōu)勢(shì)配方相對(duì)簡(jiǎn)單粘度穩(wěn)定性好,對(duì)pH及配方其它組份敏感性小局限性易受微生物侵蝕施工時(shí)抗飛濺性差流平及光澤展現(xiàn)差生產(chǎn)操作不便(干粉、水溶液、溶液漿）

增稠效果第42頁/共61頁滾涂飛濺示意圖纖維素增稠劑ACRYSOLTT-935ACRYSOLRM-2020NPR

增稠效果第43頁/共61頁優(yōu)勢(shì)生物穩(wěn)定性好-抗生物降解優(yōu)異的抗飛濺性類似醇酸漆的流動(dòng)效果較好的耐水性及涂膜耐久性涂膜豐滿度高，涂膜均勻，可獲得高光聚氨酯類締合型HEUR增稠劑

(如:RM-2020NPR,RM-8W)

增稠效果第44頁/共61頁局限性增稠效率受乳液、PVC、體積固含量等多種因素影響對(duì)表面活性劑/醇類溶劑/分散劑等敏感-著色時(shí)粘度降低明顯聚氨酯類締合型HEUR增稠劑

增稠效果第45頁/共61頁優(yōu)勢(shì)生物穩(wěn)定性好-抗生物降解優(yōu)良的抗飛濺性與纖維素醚類增稠劑及ASE比較，漆膜豐滿度和流平性改善液體形式供貨，生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單低成本HASE類締合型增稠劑

(如:TT-935,DR系列)

增稠效果第46頁/共61頁局限性使用時(shí)需調(diào)節(jié)pH耐水/耐堿性相對(duì)較差與分散劑配合使用不當(dāng)時(shí)可能造成顏料絮凝或光澤下降增稠效率受乳液、PVC、體積固含量等多種因素的影響對(duì)表面活性劑/醇類溶劑/分散劑等較敏感

HASE類締合型增稠劑

增稠效果第47頁/共61頁5.影響締合型增稠劑增稠效率的因素

乳液粒徑大小乳液的種類與表面活性劑的相互作用與有機(jī)溶劑的相互作用顏料體積濃度(PVC)的影響體積固體含量(VS)的影響

增稠效率影響因素第48頁/共61頁

乳液粒徑大小影響聚氨酯增稠劑濃度增稠劑在乳液上的吸附HEUR50nm90nm140nm340nm600nm

增稠效率影響因素第49頁/共61頁

乳液種類影響-親水性/穩(wěn)定形式?親水聚合物表面活性劑乳膠顆粒乳膠顆粒表面活性劑穩(wěn)定膠體穩(wěn)定

增稠效率影響因素第50頁/共61頁

與表面活性劑的相互作用表面活性劑

增稠效率影響因素第51頁/共61頁

與有機(jī)溶劑(水溶性)相互作用020040060080010001200140016001800051015202530溶劑用量Wt%

Brookfield粘度

cps異丙醇乙二醇丙二醇甲基卡必醇丁基卡必醇異丙醇

增稠效率影響因素第52頁/共61頁6.增稠劑選擇指南第53頁/共61頁性質(zhì)纖維素HASETT-935,DRHEUR

RM-2020NPR抗飛濺性差很好優(yōu)流平性差尚好-優(yōu)優(yōu)漆膜豐滿度低尚好-優(yōu)優(yōu)高光澤潛力低尚好-優(yōu)優(yōu)粘度穩(wěn)定性不敏感中度-敏感敏感pH敏感性不敏感中度敏感不敏感耐擦洗性-取決于配方優(yōu)于纖維素增稠劑耐堿性很好不好-好優(yōu)于纖維素增稠劑抗腐蝕性低低很好電解質(zhì)敏感性不敏感中度-敏感不敏感生物穩(wěn)定性差優(yōu)優(yōu)不同增稠劑性能比較第54頁/共61頁增稠劑流變性能比較(相同KU粘度)高剪切粘度DR-73TT-615TT-935RM-2020NPRRM-8WSCT-275ASE-60DR-1RM-7DR-72HMHECHECRM-12W低剪切粘度RM-5000聚氨酯類增稠劑疏水堿溶性類增稠劑增稠劑選擇指南第55頁/共61頁粘度剪切速率中剪切(Stormer)粘度

10-100s-1高剪切(ICI)粘度

100-10000s-1低剪切(Brookfield)粘度

0.001-10s-1滯刷性,漆膜豐滿度蘸漆量攪拌難易流掛,流平沉降抗分水增稠劑選擇指南低剪切粘度增稠劑RM-12W,TT-615,

DR-72,ASE-60 中剪切粘度增稠劑RM-8W,SCT-275,DR-1,TT-935高剪切粘度增稠劑RM-5000,

RM-2020NPR

DR-73第56頁/共61頁很高低剪粘度AcrysolASE-60乳白色液體28陰離子2.1-4.01.06很高低剪粘度4(1/12)AcrysolTT-935乳白色液體30陰離子2.1-3.5高低剪粘度30(1/60)外觀固含量%化學(xué)類型pH值比重25°C流變特性@低剪粘度粘度25°Ccps(轉(zhuǎn)子/轉(zhuǎn)速)AcrysolTT-615乳白色液體30陰離子2.5-3.51.0620(1/60)1.05

AcrysolTT-935KU/ICI粘度平衡.最通用推薦用于內(nèi)墻平光，蛋殼光和緞光涂料

AcrysolTT-615

有效建立KU粘度,需調(diào)節(jié)pH值,與TT-935相比更趨假塑性,拉毛

AcrysolASE-60

價(jià)格最低。適用于浮雕拉毛漆和密封材料.提示:ACRYSOL堿溶性增稠劑增稠劑選擇指南第57頁/共61頁色漆:建議DR-72/DR-73匹配使用ACRYSOLDR增稠劑

AcrysolDR-1乳白色液體30陰離子4.0–5.01.06高低剪粘度30AcrysolDR-73乳白色液體30陰離子4.0–5.0高低剪粘度301.06

AcrysolDR-73

建立較高的高剪切(ICI)粘度,替代低分子量纖維素增稠劑

AcrysolDR-72

類似于HEC建立低剪切粘度和抗流掛、抗沉降性能替代高分子量纖維素增稠劑

AcrysolDR-1有效建立中剪切粘度,替代中分子量纖維素增稠劑提示:AcrysolDR-72乳白色液體30陰離子4.0–5.01.06很高低剪粘度30

外觀固含量%化學(xué)類型pH值比重25°C流變特性@低剪粘度粘度25°Ccps(轉(zhuǎn)子/轉(zhuǎn)