PUR增稠劑的作用機(jī)理與在水性涂料中的應(yīng)用

..概況水性涂料都采用增稠劑，為系統(tǒng)提供理想的流變性能。除了傳統(tǒng)的增稠劑，如高分子量纖維強(qiáng)的牛頓流動(dòng)特性，其流平性能、一次刷涂厚度和耐擦洗性都是最佳的。PUR增稠劑的增稠作用機(jī)理為分子里含的疏水和親水成分。1.介紹明顯增加。其中，最重要的原因是這種水性涂料更環(huán)保。作為高光澤、易于施工、具有良好題，如潤(rùn)濕性能、泡沫的形通常，通過(guò)纖維素增稠劑的輔助作用，來(lái)調(diào)節(jié)常規(guī)乳膠漆的流變性。這種涂料的流變性能與傳統(tǒng)醇酸樹脂涂料不同。該乳膠漆的粘度曲線(流變性)表現(xiàn)出粘度與剪切速率的一種非線性相關(guān)關(guān)系。剪切速率的增加將引起粘度(結(jié)構(gòu)粘度)的減少。至于醇酸樹脂涂料，當(dāng)粘度出現(xiàn)少量減少時(shí)，涂料的結(jié)構(gòu)粘度即降低。這種流變性的不同說(shuō)明了乳膠漆和醇酸樹脂涂料在流動(dòng)性能和涂層厚度上的不同。而聚氨酯或PUR增稠劑是流變助劑領(lǐng)域中一個(gè)最重要的成果。這種締合型增稠劑用于水性涂料配方，這些涂料的流變性能與醇酸樹脂涂料一致。該文將詳細(xì)說(shuō)明這種PUR增稠劑系列的性能和用途，并與傳統(tǒng)增稠劑相比較。2.流變學(xué)流變學(xué)是研究物質(zhì)流動(dòng)性能的一門科學(xué)。2.1流動(dòng)行為和流動(dòng)液體流動(dòng)分為層流和湍流。如果人們將平行、無(wú)限薄的幾個(gè)液體層(我們可以將它看作液體的組成)相對(duì)移動(dòng)到另一層，沒(méi)有出現(xiàn)液體層混合，這種液體流動(dòng)為層流。如果液體層出現(xiàn)混合，這種流動(dòng)即為擴(kuò)散流動(dòng)。當(dāng)引入的大量能量(用于引起液體流動(dòng))消失并且不用于實(shí)1/92/9..用數(shù)學(xué)數(shù)語(yǔ)解釋。在涂料的生產(chǎn)和應(yīng)用中，層流是最主要的液體流動(dòng)方式。2.2剪切應(yīng)力、剪切力和粘度層施加力，力的方向與各層界面并行。層的表面面積為K(牛頓)這種應(yīng)力為剪切應(yīng)力，用τ表示。該剪切應(yīng)力是引起相鄰兩層液體相對(duì)移動(dòng)的力。由于全部體積液體的最上層施加的剪應(yīng)力，推動(dòng)該層按照力的方向流動(dòng)。由于相鄰液層通過(guò)剪應(yīng)力承受該液層，該液層不能自由流動(dòng)。反過(guò)來(lái)，該液層通過(guò)剪應(yīng)力支持相鄰液層。等等。地粘附在此表面，不會(huì)移動(dòng)。根據(jù)其距離，劃分流速差值，得到剪切速率D(即剪切力梯度和剪切力速度)。如果指τ與D之間的商數(shù)為粘度系數(shù)η，簡(jiǎn)稱為“粘度”。η＝τ／D＝牛頓·sec／m或2帕斯卡·sec(Pa.s)粘度是流動(dòng)阻力的度量，通過(guò)流動(dòng)阻力，防止液體變形。2.3流變行為的測(cè)量?jī)x器泛用于涂料工業(yè)的粘度計(jì)，即Brookfield和Stormer粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。塑性流動(dòng)特性，粘度計(jì)不適合測(cè)量高剪切速率圍 (1,000sec－1以上)，因而不能提供涂料在施工中的有關(guān)粘度性能的數(shù)據(jù)。能夠在較廣剪力eRotoviscoFerrantiShirleyContravesRheomat可以通過(guò)使用一種測(cè)量中度圍的粘度計(jì)(如Brookfield，Stormer)和一種測(cè)量較高圍的設(shè)施(如ICICone和平板粘度計(jì))來(lái)達(dá)到一種折中方案。3.用于涂料的增稠劑堿溶性丙烯酸增稠劑聚氨酯增稠劑3/9..3.1纖維素增稠劑羥乙基纖維素：羥丙基甲基纖維素：羧甲基纖維素：纖維素分子是一種高分子鏈，包括多個(gè)脫水葡萄糖單元。通過(guò)分子間的和分子氫鍵的形成，以與水合作用(圖3)和分子鏈的鏈纏結(jié)，增加粘度。換句話說(shuō)，纖維素增稠劑增稠水相，該增稠作用不受連結(jié)料、顏料和助劑的影響。這種分子鏈較長(zhǎng)、有分支，部分呈卷曲狀。在其余情況下，分子鏈處于理想的無(wú)序狀態(tài)(高粘度)。隨著剪切速率的增加，分了逐漸與流動(dòng)方向平行，這使一個(gè)分子到另一個(gè)分子之間的滑動(dòng)更為容易，即低粘度(參考文獻(xiàn)2)。因而，這種纖維素增稠劑表現(xiàn)出假塑性和結(jié)構(gòu)粘度。通過(guò)高分子量的纖維素醚，可獲得明顯的假塑流動(dòng)性能?，F(xiàn)將纖維素增稠劑的正面影響和負(fù)面影響總結(jié)如下：通用負(fù)面影響假塑性噴涂4/9..覆蓋力水敏感性3.2多糖的正面影響和負(fù)面影響的總結(jié)如下：負(fù)面影響重復(fù)性差價(jià)格在實(shí)踐中，這些增稠劑在涂料工業(yè)中沒(méi)有起著重要作用。3.3丙烯酸酯異丁烯酸(含有異丁烯酸甲酯、丙烯酸乙酯)的共聚物和三元共聚物。斥作用，溶液的粘度增加。與纖維素增稠劑相反，因?yàn)橥ㄟ^(guò)分子鏈的盤屈來(lái)增加粘度，并且分子量比較低，所以粘度的增加程度較小。與纖維素增稠劑相比，的耐水溶脹性產(chǎn)生了影響，并且導(dǎo)致顏料的絮凝。最后，大量羧酸基吸附在常規(guī)顏料表面，如二氧化鈦。多種羧基出現(xiàn)在同一分子里，長(zhǎng)分子鏈可以形成橋鍵，其距離足以連接兩個(gè)單獨(dú)的顏料顆粒。聚丙烯酸酯增稠劑的正面影響和負(fù)面影響總結(jié)如下：與顏料漿的兼容性負(fù)面影響5/9..中間涂層的附著力保水性3.4無(wú)機(jī)增稠劑膨脹土是最有名的無(wú)機(jī)增稠劑之一。用特定有機(jī)化合物活化后可以獲得用于水性涂料的增稠劑(參考文獻(xiàn)3)。這些增稠劑專門用于工業(yè)涂料和觸變性涂料，其性能如下：不流動(dòng)負(fù)面影響混溶性3.5PUR增稠劑酯增稠劑貨PUR增稠劑是水性涂料助劑領(lǐng)域最重要的發(fā)展之一。這種人工合成的增稠劑基于可溶于水的聚氨酯，分子量相對(duì)較低(約10,000到50,000)。它們?yōu)樗酝苛吓浞教峁┡c醇酸樹脂類似的流變性能。PUR增稠劑的性能總結(jié)如下(與纖維素增稠劑相比)：與醇酸樹脂類似的流變性遮蓋力6/9..使用滾筒涂刷時(shí)，防止涂料飛濺負(fù)面影響與含乙二醇的調(diào)色漆的兼容性狀。將二異氰酸酯與二元醇和親水性封閉劑反應(yīng)，即得到PUR聚合物。以下為一結(jié)構(gòu)式：同段：2)3)幾個(gè)親水段氨酯基脂酰、十二烷基苯基和壬基烷基。影響粘度增加的決定性因素是每個(gè)分子包括至少兩個(gè)疏水端段。親水段為聚醚和聚酯。該實(shí)例為順丁烯二酸乙二醇聚酯和劑的產(chǎn)品特性不僅由這些基礎(chǔ)成分決定，而且由疏水段和親水段的比例決定。5增稠機(jī)理一分子的出現(xiàn)表明一種特定的表面活性。在水溶液中，只有在一定的特征濃度下，才能形成膠束。與單體型表面活性劑相反，一樣的PU增稠劑分子可以出現(xiàn)在多個(gè)膠束里(參考文獻(xiàn)1)，該結(jié)構(gòu)可以減少水分子的運(yùn)動(dòng)，增加粘度。作用更大。由PUR分子含有至少2個(gè)疏水段(請(qǐng)參閱第4條)，通過(guò)PUR分子可以將兩個(gè)乳液聚合物粒子7/9..連在一起，形成一種“骨架”。聚合物粒子以幾乎一樣的方式與PUR分子膠束連接(參閱圖7)。與聚合物粒子締結(jié)的程度取決于疏水基團(tuán)的特性和乳液聚合物粒子。因此，與大粒徑乳液相比，較細(xì)的乳液(總表面更大)更容易被PUR增稠劑增稠。PUR機(jī)械作用，可以得到良好的牛頓流動(dòng)性能。2)膠束和形成和/或PUR之間膠束的形成；3)與乳液聚合物粒子締合。降低(參考文獻(xiàn)1)。6.1流變性的高粘度能增加抗刷性。由于PUR分子的相對(duì)低分子料含量的乳膠漆，并且通常與纖維素增稠劑聯(lián)用。8/9..6.2締合3%水溶液(或水與乙二醇混合物)，作為一個(gè)生產(chǎn)批次的原料，或研磨制備成補(bǔ)救性增稠劑。只有在與乳液粒子締合時(shí)，才能達(dá)到最佳粘度增加性能。根據(jù)締合的可能性，需要一定的成熟時(shí)間，2小時(shí)到2天。為了調(diào)節(jié)流變性，建議先調(diào)節(jié)高剪切速率時(shí)的粘度。該粘度與濃度的粘度可能會(huì)很高，以確保良好的流平性能。乙二醇或乙二醇醚的添加能降低該圍的粘度。聚乙二醇類助劑和表面活性劑也可以達(dá)到此種效果。這些表面活性劑能防止與乳液粒子的弱性締合鍵的形成。6.3涂料配方常用于涂料配方的許多成分會(huì)影響PUR增稠劑的功效。根據(jù)上述增稠模式(也就是締合和膠束的形成)，可以清楚地看出這些成分會(huì)影響PUR增稠劑與聚合物粒子之間的締合，并且這種膠束的形成也會(huì)影響PUR增稠劑的增稠作用。在此，我們將提與以下方面：b)水溶性有機(jī)溶劑，如乙二醇、乙二醇醚等。水溶性有機(jī)溶劑可以減弱膠束的形成，因?yàn)闇p小了膠束與連續(xù)相的界面力差與膠束的數(shù)目，所以它們對(duì)骨架形成的貢獻(xiàn)減少。c)分散劑，如低分子量的聚丙烯酸酯，通常用于分散和穩(wěn)定水性涂料中的顏料。根據(jù)戴爾加昆－蘭道－費(fèi)爾韋－奧弗貝克理論(關(guān)于分散穩(wěn)定性的理論)，聚合電解質(zhì)可以增加膠束中的分子數(shù)量。這意味著較低純度的增稠劑分子可用于膠束或聚合物粒子的架橋。因此，骨架的強(qiáng)度降低。d)水溶性成分，如成膜助劑、消泡劑。水溶性成分通常具有增加粘度的作用。由于此種間的距離降低。因此，一些9/9.UR度(參考文獻(xiàn)1)。該“溶劑”同樣能軟化聚合物粒子表面，因而增加PUR分子疏水基團(tuán)的粘附貨吸附性。6.4涂料性能降低涂膜的吸水性。然而，很顯然，各種不同的PUR增稠劑之間有很大的差別，其疏水成分的組成和數(shù)量起著決定性作用。增稠劑PUR增稠劑II重量比%增稠劑素聚丙烯酸酯