流变学原理和增稠剂选择.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,罗门哈斯公司版权所有,涂料中的流变学基本原理,增稠剂的类型和选择,流变学：,描述物体在外力作用下产生流动,和形变规律的学科,基本概念,剪切应力：物体单位面积切线方向的力,剪切速率,粘度：流体阻碍流动的程度,剪切应力,剪切应力,面积,剪切力,剪切速率,剪切速率,V,剪切速率,剪切速率,湿膜厚度,250,mm/0.25s,牛顿认为要维持这种速度上差异的力与垂直于流体的速度差异（即速度梯度）成正比，用下式来表示：,粘度 =剪切应力/剪切速率,粘度的,SI,单位为帕斯卡秒，,涂料行业通用单位泊（厘泊）,1 Pa.s=10 Poise,=1000,CP,粘度,牛顿流体,剪切应力和剪切速率的关系为一条直线,在给定温度下粘度与剪切速率无关,包括简单的流体:如水、有机溶剂和矿物油,牛顿流体,剪切应力,剪切速率,粘度,剪切速率,非牛顿型流体,：,液体粘度随着剪切速率的变化而变化,假塑性/塑性:,粘度随着剪切速率的增加而降低(剪切变稀),膨胀性:,粘度随着剪切速率的增加而降低（剪切变稠）,触变性,：剪切变稀，且粘度取决于剪切时间,震凝性：,剪切变稠，且粘度取决于剪切时间剪切速率,塑性,假塑性,剪切应,力,剪切速率,假塑性,塑性,粘度,剪切速率,剪切速率,膨胀性,膨胀性,粘度,剪切应力,粘度,剪切速率/时间,剪切速率/时间,粘度,触变性,震凝性,各类非牛顿型流动特点,剪切条件,粘度变化,下降,上升,剪切速率上升,假塑性,（剪切变稀）,膨胀型,（剪切变稠）,剪切时间增加,（剪切速率恒定）,触变性,震凝性,涂料与流变学的关系,剪切速率,(s,-1,),涂料和流变学的关系,施工,刷涂、辊涂、喷涂,0.001,0.01,0.1,1,10,100,1000,10000,10000,Very slow flow/,流动很慢,Dry Paint,Very rapid flow/,流动很快,制备,研磨或高速分散,沉降（贮存过程,）,涂料振荡器,涂装给料,蘸涂料,流挂/流平,0.1,1,10,100,1,000,10,000,Brookfield,粘度计,KU,斯托默粘度计,ICI,锥板粘度计,流变仪,剪切速率,(s,-1,),涂装过程,10,-2,10,-1,10,0,10,1,10,2,10,3,10,4,10,5,流挂,流平,浸涂,泵送,混合,分散,喷涂,滚涂,刷涂,涂料和流变学的关系,漆膜的光学性能（遮盖、光泽）主要取决于颜填料分散的质量,涂料制备：分散,高研磨粘度,低研磨粘度,涂料和流变学的关系,沉降就是颜料、填料和其他固体物质在重力作用下一直下沉到容器的底部,颜料沉降是一个低剪切速率的现象：所涉及的剪切速率小于10,-2,s,-1,，,所以涂料在这种剪切速率下的粘度对防止颜料的沉淀至关重要,克服沉降的常用方法,平衡颜料/填料的粒径分布（采用小粒径填料代替部分粒径较大的填料）,尽量降低溶剂和表面活性剂的用量，它们会降低低剪切速率下的粘度,通过选择增稠剂调高低剪切下的粘度（如将,RM-2020NPR,替换为,RM-2020NPR/RM-8W,混合物,加入少量（0.5-2,g/L）HEC,来增加低剪切粘度。但会影响流动和流平性以及抗飞溅性能,涂料贮存：沉降,涂料和流变学的关系,涂料施工：蘸漆,蘸漆是在中等剪切速率(10-100,sec,-1,),条件下的操作,涂料非常粘稠并且在罐内静置时就结构化，通常的一个感觉就是这种涂料很难涂装,涂料在罐中非常稀会导致涂料在涂刷转移过程滴落、施工时在垂直表面严重的流挂以及辊涂操作时飞溅,控制涂料在这个剪切速率范围的粘度会影响这些中等剪切下的性能（罐内外观、蘸刷、搅拌）。,涂料和流变学的关系,刷涂、辊涂和喷涂操作取决于高剪切速率（10,3,sec,-1,）,下的粘度,高剪切速率下的粘度越高，施工过程中涂料分布所受到的阻力越大，因而一次施工能获得较厚的漆膜。反之，高剪切速率下粘度低意味着涂料分布时受到的阻力较低，涂料容易铺展在基材表面相应漆膜较薄，导致遮盖力降低,涂料施工：漆膜丰满度,涂料和流变学的关系涂料,A,涂料,B,涂料,C,涂料施工：流平流挂,涂料和流变学的关系,影响流平流挂影响因素,漆膜厚度,干燥速度,粘度（低剪切条件下）,最大的流平性和最小的流挂的目标相互矛盾,低剪切速率下的粘度降低有助于流平性，但同时增加了流挂,而增加漆膜厚度会加速流平，同时也增加了流挂,涂料施工：流平流挂,涂料和流变学的关系,涂料生产、储存和涂装操作中所需最佳流动特性,粘度,剪切速率,s,-1,漆膜丰满度,高,高,沉降,高,很低20000,流平性,很低,低0.01-0.1,抗流挂性,高,低0.001-0.1,涂料和流变学的关系,1.增稠剂的分类,2.常见增稠剂的分子结构,3.增稠剂的增稠机理,4.增稠剂的增稠效果5.增稠效率影响因素,6.增稠剂选择,增稠剂的类型和选择,1.增稠剂分类,增稠剂/流变助剂,非缔合型,疏水改性,碱溶性丙烯酸乳液,非离子型,聚氨酯,纤维素,醚类,-,HEC,Natrosol 250 HBR,碱溶性,丙烯酸乳液,-,ASE,ASE-60,疏水改性,纤维素醚类,-,HMHEC,Natrosol Plus 330,-HASE,TT-935,-HEUR,RM-2020NPR,缔合型,2.增稠剂的分子结构,纤维素醚类增稠剂,纤维素衍生物,通过取代到纤维素主链上的烷基不同得到不同产品,其中,R,和,R”,是,：,a)CH,3,b)CH,2,COONa,c)CH,2,CH,3,d)CH,2,CH,2,OH,e)CH,2,CH,2,CH(OH)CH,3,f)CH,2,CH(OH)CH,3,生产,羧甲基纤维素钠（,SCMC),（,b,）,羧甲基,2-,羧乙基纤维素钠（,b+d,）,羟乙基纤维素,(HEC),（,d,）,Natrosol 250 HBR,甲基纤维素（,MC,）,-(a),2-,羟丙基甲基纤维素,(HPMC),（,a+f,）,2-,羟乙基甲基纤维素,(HEMC)(a+d),2-,羟丁基甲基纤维素,(a+e),2-,羟乙基乙基纤维素,(HEMC)(c+d),2-,羟丙基纤维素,(HPC)(f),分子量:,10,万 100万,(环状分子)刚性,增稠剂的分子结构,非离子型聚氨酯增稠剂,(,HEUR,),(,H,ydrophobically modified,E,thylene oxide,UR,ethane,),线型类,支链类,疏水基团,亲水主链,聚氨酯链接,分子量:,5,万 10万,(分子)柔性,增稠剂的分子结构,疏水改性碱溶性乳液,(,HASE),(,H,ydrophobically modified,A,lkali,S,oluble,E,mulsion),COOH,羧酸主链,EO,链段,疏水基团,X,Y,(,R=CH,3,or H),分子量:,几万 几十万,(分子)刚性相对较弱,COOH,增稠剂的分子结构,3.增稠剂的增稠机理,羟乙基纤维素,HEC,增稠机理,H,H,O,H,H,O,H,H,O,H,H,O,H,H,O,H,H,O,增稠水相 (氢键),粘度取决于分子量和极性基团的水合能力,增稠剂机理,聚氨酯缔合型,HEUR,增稠剂增稠机理,(如:,RM-2020NPR),非离子表面活性剂,疏水基团,亲水端,线型类,支链类,疏水基团,亲水主链,聚氨酯链接,聚氨酯增稠剂,(分子量:,几百 几千),增稠剂机理,(分子量:,5,万 10万）,表面活性剂与乳液的缔合,水溶液中表面活性剂胶束,表面活性剂在乳胶颗粒表面的吸附,乳胶颗粒,疏水基团,亲水端,水相中结构,与乳胶颗粒作用,胶束结构,乳胶颗粒,增稠剂机理,聚氨酯缔合型,HEUR,增稠剂增稠机理,增稠乳液相,HASE,类缔合型增稠剂增稠机理,(如:,TT-935,DR,系列),碱性环境,pH 3-4,pH 7-10,COO-,COO-,乳液形态供货,粘度上升,体系增稠,COOH,COOH,增稠剂机理,HASE,类缔合型增稠剂增稠机理,(如:,TT-935,DR,系列),乳液,乳液,乳液,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,增稠剂机理,增稠水相及乳液相,HASE,类缔合型增稠剂,(如:,TT-935,DR,系列),pH,粘度,6.2,7.5,4.增稠剂的增稠效果,导致体积限制絮凝,纤维素醚类,增稠剂的增稠效果,水增稠效果,纤维素醚类,增稠剂的增稠效果,增稠前,增稠后,乳液增稠前后的电子显微照片,缔合型,增稠剂增稠效果,水相中结构,与乳胶颗粒作用,胶束结构,乳胶颗粒,增稠效果,缔合型,增稠剂的增稠效果,增稠前,增稠后,乳液增稠前后的电子显微照片,纤维素醚类,增稠剂,优势,配方相对简单,粘度稳定性好,对,pH,及配方其它组份敏感性小,局限性,易受微生物侵蚀,施工时抗飞溅性差,流平及光泽展现差,生产操作不便(干粉、水溶液、溶液浆）,增稠效果,滚涂飞溅示意图,纤维素,增稠剂,ACRYSOL TT-935,ACRYSOL RM-2020 NPR,增稠效果,优势,生物稳定性好,-,抗生物降解,优异的抗飞溅性,类似醇酸漆的流动效果,较好的耐水性及涂膜耐久性,涂膜丰满度高，涂膜均匀，可获得高光,聚氨酯类缔合型,HEUR,增稠剂,(如:,RM-2020NPR,RM-8W),增稠效果,局限性,增稠效率受乳液、,PVC、,体积固含量,等多种因素影响,对表面活性剂/醇类溶剂,/,分散剂等敏感,-着色时粘度降低明显,聚氨酯类缔合型,HEUR,增稠剂,增稠效果,优势,生物稳定性好-抗生物降解,优良的抗飞溅性,与纤维素醚类增稠剂及,ASE,比较，漆膜丰满度和流平性改善,液体形式供货，生产操作简单,低成本,HASE,类缔合型增稠剂,(如:,TT-935,DR,系列),增稠效果,局限性,使用时需调节,pH,耐水/耐碱性相对较差,与分散剂配合使用不当时可能造成颜料絮凝或光泽下降,增稠效率受乳液、,PVC、,体积固含量等多种因素的影响,对表面活性剂/醇类溶剂,/,分散剂等较敏感,HASE,类缔合型增稠剂,增稠效果,5.影响缔合型增稠剂增稠效率的因素,乳液粒径大小,乳液的种类,与表面活性剂的相互作用,与有机溶剂的相互作用,颜料体积浓度(,PVC),的影响,体积固体含量,(VS),的影响,增稠效率影响因素,乳液粒径大小影响,聚氨酯增稠剂浓度,增稠剂在乳液上的吸附,HEUR,50 nm,90 nm,140 nm,340 nm,600 nm,增稠效率影响因素,乳液种类影响-亲水性/稳定形式,?,亲水,聚合物,表面活性剂,乳胶颗粒,乳胶颗粒,表面活性剂稳定,胶体稳定,增稠效率影响因素,与表面活性剂的相互作用,表面活性剂,增稠效率影响因素,与有机溶剂(水溶性)相互作用,0,200,400,600,800,1000,1200,1400,1600,1800,0,5,10,15,20,25,30,溶剂用量,Wt%,Brookfield,粘度,cps,异丙醇,乙二醇,丙二醇,甲基卡必醇,丁基卡必醇,异丙醇,增稠效率影响因素,6.增稠剂选择指南,性质,纤维素,HASE,TT-935,DR,HEUR,RM-2020NPR,抗飞溅性,差,很好,优,流平性,差,尚好-优,优,漆膜丰满度,低,尚好-优,优,高光泽潜力,低,尚好-优优,粘度稳定性,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,-,取决于配方,优于纤维素增稠剂,耐碱性,很好,不好-好,优于纤维素增稠剂,抗腐蚀性,低,低,很好,电解质敏感性,不敏感,中度-敏感,不敏感,生物稳定性,差,优,优,不同增稠剂性能比较,增稠剂流变性能比较,(相同,KU,粘度),高剪切粘度,DR-73,TT-615,TT-935,RM-2020NPR,RM-8W,SCT-275,ASE-60,DR-1,RM-7,DR-72,HMHEC,HEC,RM-12W,低,剪,切,粘,度,RM-5000,聚氨酯 类增稠剂,疏水碱溶性类增稠剂,增稠剂选择指南,粘,度剪 切,速,率,中剪切(,Stormer,),粘度10-100,s,-1,高剪切(,ICI),粘度 100-10000,s,-1,低剪切(,Brookfield),粘度 0.001-10,s,-1,滞刷性,漆膜丰满度,蘸漆量,搅拌难易,流挂,流平,沉降,抗分水,增稠剂选择指南,低剪切粘度增稠剂,RM-12W,TT-615,DR-72,ASE-60,中剪切粘度增稠剂,RM-8W,SCT-275,DR-1,TT-935,高剪切粘度增稠剂,RM-5000,RM-2020 NPRDR-73,很高低剪粘度,Acrysol,ASE-60,乳白色液体,28,阴离子,2.1-4.0,1.06,很高低剪粘度,4,(1/12),Acrysol,TT-935,乳白色液体,30,阴离子,2.1-3.5,高低剪粘度,30,(1/60),外观,固含量%,化学类型,pH,值,比重 25,C,流变特性 低剪粘度,粘度 25,C cps,(,转子/转速),Acrysol,TT-615,乳白色液体,30,阴离子,2.5-3.5,1.06,20,(1/60),1.05,Acrysol TT-935,KU/ICI,粘度平衡.最通用推荐用于内墙平光，蛋壳光和缎光涂料,Acrysol TT-615,有效建立,KU,粘度,需调节,pH,值,与,TT-935,相比更趋假塑性,拉毛,Acrysol ASE-60,价格最低。适用于浮雕拉毛漆和密封材料.,提示:,ACRYSOL,碱溶性增稠剂,增稠剂选择指南,色漆:建议,DR-72/DR-73,匹配使用,ACRYSOL DR,增稠剂,Acrysol,DR-1,乳白色液体,30,阴离子,4.0,5.0,1.06,高低剪粘度,30,Acrysol,DR-73,乳白色液体,30,阴离子,4.0,5.0,高低剪粘度,30,1.06,Acrysol DR-73,建立较高的高剪切(,ICI),粘度,替代低分子量纤维素增稠剂,Acrysol DR-72,类似于,HEC,建立低剪切粘度和抗流挂、抗沉降性能,替代高分子量纤维素增稠剂,Acrysol DR-1,有效建立 中剪切粘度,替代中分子量纤维素增稠剂,提示,:,Acrysol DR-72,乳白色液体,30,阴离子,4.0,5.0,1.06,很高低剪粘度,30,外观,固含量%,化学类型,pH,值,比重 25,C,流变特性 低剪粘度,粘度 25,C cps,(,转子/转速),(1/12),增稠剂选择指南,外观,固含量%,溶剂,化学类型,比重,25,C,流变特性 低剪粘度,粘度 25,C cps,(,转子/转速),ACRYSOL HEUR,增稠剂（不含溶剂）,上述产品可用于内外墙涂料获得很好的流动性,RM-8W,RM-12W,建议与,RM-2020NPR,RM-5000,配合使用,提示:,Acrysol RM-8W,混浊粘稠液体17.5,水,非离子,1.04,中等粘度,3000,(4/6),Acrysol RM-12W,混浊粘稠液体,19,水,非离子,1.04,很高粘度,4000,(4/6),Acrysol RM-8W,高效,KU,增稠，提供尤其适合粒径小，高光的乳液。适用于低,PVC,内外墙丝光至高光，低,VOC,配方。,Acrysol RM-12W,尤其适合喷涂和厚涂,并保持良好的流动性。高效的假塑性,抗分水.,增稠剂选择指南,ACRYSOL HEUR,增稠剂（不含溶剂）,Acrysol,RM-5000,乳白色液体,18.5,水,非离子,1.045,低粘度,2000-4000,外观,固含量%,溶剂,化学类型,比重,25,C,特性 低剪粘度,粘度 25,C cps,Acrysol RM-5000,HEUR,系列中对,ICI,最有效的增稠剂.特别适用于低味低,VOC,要求的配方使用，能单独或配合使用于平光至高光配方以提供良好的流动特性,提示:,Acrysol,RM-2020NPR,混浊粘稠液体,20,水,非离子,1.04,低粘度,3000,(4/6),Acrysol RM-2020NPR,高效,ICI,增稠，漆膜丰满，并提供优异的流动和流平性能。适用于内外墙平光至高光配方。,增稠剂选择指南,外观,固含量%,溶剂,化学类型,比重,25,C,流变特性 低剪粘度,粘度 25,C cps,(,转子/转速),Acrysol SCT-275,混浊粘稠液体,17.5,DGBE/,水,20/80,非离子,1.04,中等到高粘度,2500,(4/6),ACRYSOL HEUR,增稠剂(含溶剂),Acrysol SCT-275,高效增稠，可作为单独增稠剂使用。适用于低体积固含量的内外墙平光至高光配方。性价比优。,提示:,增稠剂选择指南,