缔合型聚氨酯类增稠剂这种缔合结构在剪切力的作用下受到破坏,黏度降低,当剪切力消失黏度又可恢复,可防止施工过程出现流挂现象。
并且其黏度恢复具有一定的滞后性,有利于涂膜流平。聚氨酯增稠剂的相对分子质量(数千至数万)比前两类增稠剂的相对分子质量(数十万至数百万)低得多,不会助长飞溅。纤维素类增稠剂高度的水溶性会影响涂膜的耐水性,但聚氨酯类增稠剂分子上同时具有亲水和疏水基团,疏水基团与涂膜的基体有较强的亲合性,可增强涂膜的耐水性。由于乳胶粒子参与了缔合,不会产生絮凝,因而可使涂膜光滑,有较高的光泽度。缔合型聚氨酯增稠剂许多性能优于其它增稠剂,但由于其独特的胶束增稠机理,因而涂料配方中那些影响胶束的组分必然会对增稠性产生影响。用此类增稠剂时,应充分考虑各种因素对增稠性能的影响,不要轻易更换涂料所用的乳液、消泡剂、分散剂、成膜助剂等。
无机增稠剂水性膨润土增稠剂具有增稠性强、触变性好、pH值适应范围广、稳定性好等优点。但由于膨润土是一种无机粉末,吸光性好,能明显降低涂膜表面光泽,起到类似消光剂的作用。所以,在有光乳胶涂料中使用膨润土时,要注意控制用量。纳米技术实现了无机物颗粒的纳米化,也赋予了无机增稠剂一些新的性能。
水性涂料中增稠剂的选择
在厚浆涂料中应选择触变性较大的高黏度型的羟乙基纤维素和具有宾汉流动的含羧基的聚乙烯增稠剂;在高、中颜料体积浓度(PVC)的平光乳胶涂料中,可选择高黏度型的和低黏度型的羟乙基纤维素搭配使用,也可选择丙烯酸乳液增稠剂;在有光乳胶涂料中则要选择一些不影响涂膜光泽的增稠剂,如ALLied Coliod公司的VG 2和Rohm and Hass公司的丙烯酸乳液增稠剂TT-935及聚氨酯类增稠剂Exp300或QR-708等。增稠剂的混配使用比单独使用效果更好。苯丙、纯丙乳液用于平光、有光中高档乳胶漆,可以采用两种流变特征增稠剂搭配,如612与621N,1550与2000,来取得高中低剪切黏度的平衡,或与HASE、HN-HEC配合使用。醋酸乙烯酯共聚物,如醋丙、醋叔乳液,通常乳液粒径较大,中低PVC乳胶漆中,可将中低剪切增稠效率高的HEUR(612、1550 )与HEC、HASE配合使用。
水性涂料用增稠剂的研究进展
L.M. Zhang对纤维素类增稠剂的合成方法、憎水改性作了比较全面的介绍,并且对其在水溶液中的溶解特征、黏度行为、表面活性等性能进行了讨论。姜其斌,等在羟乙基纤维素的基础上,接枝适当的缔合键,开发了一种新型改性缔合纤维素增稠剂。其相对分子质量较低,飞溅性小,能与乳胶涂料中的颜填料产生缔合作用,形成三维网状结构,保证乳胶涂料的稳定性。对水溶性的聚丙烯酸盐增稠剂进行改性,可使其性能有进一步的提高。如美国Diamond Shamrock公司SN-Thickener系列产品SN-603、SN-607、SN-612等就是以氨基甲酸乙酯改性的聚醚型丙烯酸增稠剂。近来,由于对乳胶涂料的耐水性和施工性能提出更高的要求,疏水性增稠剂得到了新的发展。如英国Allied Colliod公司的Rheovis CR就是这类增稠剂品种之一。它是在传统的碱活化丙烯酸乳液增稠剂分子支链上接上反应型表面活性剂,其较长的疏水端基在水中彼此形成胶束,使增稠形式由线性结构变成网状结构。罗弘,等的研究表明丙烯酸缔合型增稠剂的施工性、遮盖力、流平性、抗流挂性、耐电解质性和后增稠性等优于醋酸乙烯-丙烯酸类和非缔合型增稠剂;反应型表面活性剂的化学结构对缔合型增稠剂的流变性有显著影响。反应型表面活性剂的亲水基越长,增稠剂的使用量越小;疏水基为十二碳左右,耐电解质性能最好;没有疏水基的聚醚型反应型表面活性剂,稳定性很差。J. Edward Glass,等已经详细探讨了缔合型增稠剂与表面活性剂的相互作用,两者都是通过吸附到涂料组分的颗粒表面而起作用,所以配方中表面活性剂用量过多会导致缔合型增稠剂从乳胶粒表面置换出来进入连续相,从而抑制缔合型增稠剂的缔合能力,导致涂料的流平性、光泽及遮盖力下降。
林涛,等的研究表明分散剂与缔合型增稠剂之间也存在相互作用,并且两者的相容性对乳胶漆的稳定性影响很大。改性环氧乙烷聚氨酯嵌段共聚物(HEUR)增稠剂在多元酸均聚物分散剂存在时会发生盐析,宜与多元酸共聚物分散剂配合使用。Otakar Quadrat,等用缔合型聚氨酯类增稠剂SER-AD FX 1070对含有大量2-羟乙基异丁烯酸(HEMA)的丙烯酸聚合物乳液增稠,发现HEMA含量越高,增稠效果越差。这是因为HEMA使乳胶粒子的亲水性增强,使乳胶粒子不容易与增稠剂的憎水端基产生交联形成网状结构,因此增稠效果降低。而对于碱溶胀丙烯酸类增稠剂,HEMA对增稠效果的影响很小[16]。最近又研究出一种憎水改性乙氧基化氨基树脂增稠剂(HEAT),它是以氨基取代二异氰酸酯连接于聚乙二醇上的。由于氨基树脂中有4个活性官能团,可以在聚合物主链上加入更多的憎水部分(8%以上),可以阻止其它憎水组分引起的从乳胶粒子和胶束上的脱附作用,从而使产品具有更好的抵抗黏度下降的能力,对于溶剂和表面活性剂的影响更加稳定。国外最近开发了一种液态流变助剂,这种助剂是以脲官能团改性的吡咯烷酮的溶液。当加入涂料中时,沉淀为微细的针状物,与成膜物有很近的折光率,故几乎看不见。这些针状物能形成三维结构,它的流变性比有机膨润土有更高的低剪切速率下的黏度和更低的高剪切速率下的黏度,在储存中的防沉底效果远比
气相二氧化硅、有机膨润土及聚酰胺好。
从20世纪80年代开始,我国涂料助剂需求量开始迅速增加。世界许多助剂跨国企业如BYK、Henkel、EFKa、Ciba、Degussa、Rohm & Hass、Grace、Bayer、Eastman、Rodia等都进入了中国市场,国内助剂企业如浙江华特、无锡绿田、深圳海川化工等也有一系列产品推向市场。但与跨国公司相比,国内企业的产品在系列化和产品性能上还存在一定差距,一些产品开发还处于模仿阶段,今后应该集中精力开发我们的特色产品。为了满足环保的要求,应扩大水性涂料助剂的市场份额,缔合型增稠剂在水性涂料中已经成功地使用了数十年。但是,传统产品一般会将部分有机溶剂引入水性体系,因此,最近的开发方向是液体缔合型无溶剂增稠剂。对聚丙烯酸增稠剂添加某些物质进行共聚改性,与其它增稠剂复配也是目前研究的重要内容。