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浅谈增稠剂种类对乳胶漆性能的影响

随着我国建筑业的日益发展和全民环保意识的增强, 高性能、低污染的乳胶漆将是我国建筑涂料的发展方向。乳胶漆是以水为分散介质的一种水性体系, 通常黏度较低。为了使乳胶漆具有适当的黏度,常需加入一定量的增稠剂, 以改善乳胶漆的施工性能及贮存稳定性。目前, 通常加入乳胶漆的有机增稠剂主要有三类: 1) 纤维素醚类(通常使用HEC) ; 2)聚丙烯酸酯乳液类; 3) 缔合型增稠剂。

1　增稠剂种类对乳胶漆施工性能的影响
乳胶漆在施工过程中一般采用滚涂、刷涂或喷涂3 种施工方式, 所以要求乳胶漆具有一定的流变性(黏度随剪切速率变化的特性) 以满足施工要求。黏度在流变学中是表征乳胶漆流变性的一个重要因素, 为了获得各种施工状态下良好的施工效果, 乳胶漆在特定状态下的黏度应不尽相同。乳胶漆在施工过程中所遭遇的剪切速率变化范围较大, 相应的剪切黏度就有高剪切黏度、中剪切黏度和低剪切黏度。滚涂和刷涂时产生高剪切速率, 乳胶漆应保持适宜的低黏度, 但不能太低, 否则滚涂易“飞溅”, 刷涂手感、丰满度差, 干遮盖力不足。涂刷结束后, 剪切作用消失, 黏度开始恢复, 恢复时间应满足涂膜流平并不发生“流挂”

　实验1: 分别用5 % 的HEC、10 % 的A SE—60(丙烯酸酯类)、20 % 的DSX1550 (缔合型) 增稠同一种基料(组成为: 20 的水、30 % 的TL —1、45 % 的颜填料、5 % 的助剂) , 达到同一起始黏度后, 选用NDJ—79 型旋转黏度计(10 号转子) 测定黏度随剪切速率的变化关系, 变化趋势如图1。

实验2: 选实验1 所用的三种增稠剂分别对纯水进行增稠, 用NDJ—79 型旋转黏度计(10 转子,75 röm in) 测定黏度随增稠剂添加量的变化关系, 结果如图2。

实验表明: HEC 和丙烯酸酯类增稠剂主要对水相增稠, 其增稠机理为分子间的氢键及链缠绕, 低剪切黏度较大, 但高剪切黏度太低, 也就造成施工易“飞溅”, 流动性、流平性较差, 刷痕严重。由于二者增稠机理基本相同, 搭配使用时也难以得到理想的施工效果。
缔合型增稠剂其分子链上既有亲水基团, 又有亲油端基。亲水部分可水合溶胀使水相增稠, 亲油端基可与乳液粒子、颜料粒子相缔合, 形成立体网络结构。但由于缔合型增稠剂分子量较低, 水合后的有效体积增加较少, 在水相中的分子间缠绕有限, 因而缔合型增稠剂对水相增稠不足。在低的剪切范围内, 分子间的缔合转换过程多于分子缔合破坏过程, 整个体系将保持固有的悬浮状态, 此时体系黏度已接近分散介质水的黏度, 因此缔合型增稠剂在乳胶漆处于低剪切速率时表现出较低的低剪切黏度, 非常有利于施工过程的“流平”, 但不利于防“流挂”。另一方面, 缔合型增稠剂在分散相乳液粒子和颜料粒子间的缔合, 势必提高分子间的势能, 高剪切速率下为了打破分子间的缔合势能, 势必需要更多的能量, 同样的剪切应变需要更大的剪切应力, 使得乳胶漆在高剪切速率时表现出较高的高剪切黏度, 能很好地防止施工过程的“飞溅”。

　综上分析, 单独使用一种增稠剂很难同时满足“流平”、防“流挂”、抗“飞溅”、涂膜丰满等要求, 为了获得优异的施工性能, 采用缔合型增稠剂来改变乳胶漆的流变性是必须的, 保留HEC 和聚丙烯酸酯类增稠剂低剪切黏度的特性也是必须的。因此在乳胶漆配方中合理组合不同种类的增稠剂, 在不同剪切黏度之间取得协调是对每个配方设计师的基本要求。

2　增稠剂种类及用量对乳胶漆贮存稳定性的影响
　　乳胶漆的贮存稳定性主要表现为体系黏度的变化及分水情况, 对具有较高的低剪切黏度的增稠剂,如HEC 和聚丙烯酸酯类, 一般只要配方得当, 即可满足贮存稳定性的要求及较好的开罐状态。但HEC为纤维素衍生物, 易受酶和霉菌的攻击, 使乳胶漆黏度下降。聚丙烯酸酯类增稠剂对pH 值较为敏感,pH 大于10 时, 部分溶解于水, 失去增稠作用。因此二者在使用时若配方设计不当, 乳胶漆体系的黏度将随贮存期的延长而降低。针对缔合型增稠剂, 由于其具有较低的低剪切黏度, 难以阻止颜料的沉降, 因此容易产生上稀下稠和浮水现象, 影响开罐效果, 也很少单独使用。
实验3: HEC 同DXS1550 以不同比例搭配, 用来增稠实验1 所用的基料, 贮存6 个月后, 观察分水情况, 结果如表2。

　实验表明: 在同一个配方中使用了多种不同类型的增稠剂后, 若配方设计不当, 就难以避免浮水产生, 甚至会更加严重。
原因分析: 在HEC 增稠的乳胶漆体系中, 分子间的链缠绕和氢键是其基本增稠机理, 在用DSX1550 增稠的乳胶漆体系中,DSX1550 分子与乳液颗粒的缔合作用, 在分散相中形成了增稠剂胶束,旨在影响低剪切黏度。将两种不同体系混合使用, 结果显示: 不同的增稠剂网络不能相互反应形成一种新的增稠网络。但从表2 可以看出: 当其中一种增稠剂网络能减弱另一种网络的作用时, 就能产生比较好的增稠效果, 分水率低或不分水。一般情况下,3 种增稠剂的使用比例为4 (HEC) ∶4 (A SE—60) ∶2 (DSX1550) 时, 该乳胶漆体系的贮存稳定可保持6 个月而不分水。当然影响乳胶漆贮存稳定性的因素还有颜填料、乳液及表面活性剂的种类和用量等,因此配方设计者应综合考虑配方中各种成分的配伍, 并进行大量的实验后才可进行批量生产。

3　结论
1) HEC、聚丙烯酸酯类增稠剂具有较高的低剪切黏度, 对乳胶漆的贮存稳定性及抗“流挂”贡献最大, 但单独使用难以满足“流平”、防“飞溅”要求。
2) 缔合型增稠剂具有较高的高剪切黏度, 可满足涂刷成厚膜的要求, 同时具有较低的低剪切黏度,漆膜易流平, 但抗“流挂”、抗“分水”效果差。
3) 两种不同类型的增稠剂搭配使用时, 由于增稠网络的排斥, 比例搭配不当容易产生分水。