增稠劑的制法及影響增稠效果的因素(2)
發(fā)布者： 纖維素醚-匯中化工 時(shí)間：2018-07-14
3 影響增稠劑的增稠效果以及增稠 劑與水性涂料中其他成分的相互作用
增稠劑作用機(jī)理的復(fù)雜性大大提高了水性涂料的流變性能。使用增稠劑，可以獲得與傳統(tǒng)的纖維素類增稠劑相比具有更好的應(yīng)用及成膜特性的涂料。然而，涂料性能的改善在使用增稠劑時(shí)增加了配方的復(fù)雜性。而且增稠劑會(huì)與涂料配方中其他組分相互作用，并且這種相互作用可能會(huì)給涂料性能帶來積極或消極的影響，因而新的重點(diǎn)應(yīng)放在配方中其他組分與增稠劑的性能的相互影響 上。
3.1 增稠劑種類對(duì)乳液的增稠作用
由于型增稠劑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使其對(duì)乳液的增稠效率和黏度的假塑性差別較大，根據(jù)其特征可分為假塑型和牛頓型。假塑型增稠劑疏水基強(qiáng)烈吸附在乳液粒子表面，顯著提高低剪切和中剪切黏度，此類增稠劑在提高黏度的同時(shí)，具有較高的中、低剪切增稠效率，以增稠作用為主；另一類具有較低的中、低剪切增稠效率 ( 牛頓型 ) ，在有效提高黏度的情況下，不會(huì)提高低剪切、中剪切黏度，常作為流平劑。
3.2 乳液種類對(duì)增稠作用的影響
增稠劑疏水基團(tuán)的種類與數(shù)目決定增稠效率。疏水基團(tuán)與乳膠漆中的親油粒子，如乳膠粒子或顏料粒子進(jìn)行吸附，增稠作用強(qiáng)弱與乳膠粒子的組成、粒子大小、乳化劑種類有關(guān)。乳膠粒子表面親水、親油情況是不同的，由聚合物組成和乳化劑種類所決定。通常增稠劑對(duì)苯丙、純丙乳液粒子的吸附作用比醋丙強(qiáng)烈，中低剪切黏度高。乳膠粒子小，比表面積大，增稠劑吸附作用大，對(duì)乳液增稠效率高，黏度增加迅速。
3.3 表面活性劑對(duì)增稠作用的影響
增稠劑控制乳膠漆的流變行為的卓越能力主要來自于它們能起到類似“聚合型表面活性劑”的作用。一方面，它們能以表面活性劑相同的方式與涂料中其他組分相互作用；另外，增稠劑中的疏水基團(tuán)相互的方式也與表面活性劑的疏水性基團(tuán)形成膠束的方式類似。增稠劑與表面活性劑不僅具有類似的行為方式，而且還與相同的組分發(fā)生相互作用。兩者都是通過吸附到涂料組分的顆粒表面而起作用，因此某些情況下，增稠劑與表面活性劑會(huì)相互影響從而產(chǎn)生不同的涂料性能。表面活性劑與增稠劑會(huì)相互影響從而引起涂料性能的變化已引起廣泛重視。例如，配方中表面活性劑用量過多會(huì)導(dǎo)致增稠劑從乳膠顆粒表面置換出來進(jìn)入連續(xù)相，從而抑制了增稠劑產(chǎn)生作用的能力。發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)，增稠劑會(huì)類似于傳統(tǒng)的羥乙基纖維素 (HEC) 增稠劑導(dǎo)致涂料流平性、光澤以及遮蓋性能的下降。 Seng 等研究了在 pH 為 9 左右， HASE 的濃度為 0 ． 5 ％ ( 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) ，在陽離子、陰離子和非離子表面活 性劑存在下， HASE 的流變行為。研究結(jié)果表明：表面 活性劑的濃度低于臨界濃度 C ( 與表面活性劑的 CMC 相當(dāng) ) ，表面活性劑的存在通過混合聚合物疏水基團(tuán)／表面活性劑膠束的形成來加強(qiáng)物理網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。表面活性劑的濃度高于 C 時(shí)，陰離子或陽離子表面活性劑的存在能夠破壞和削弱所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。此外，陽離子表面活性劑分子中的陽離子屏蔽了聚合物主鏈上的羧基陰離子，因此，降低了聚合物鏈間的靜電排斥。非離子表面活性劑存在時(shí)，由于形成了雙分子層膜對(duì)物理網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)起著進(jìn)一步的加強(qiáng)作用。 Svanholm 等采用對(duì)增稠劑的流變性和表面張力進(jìn)行測量的方法，對(duì)溶液中的增稠劑與陰離子表面活性劑的相互作用進(jìn)行研究。 HEUR 和 HMHEC 增稠劑都和表面潘性劑發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。當(dāng)加人適量的表面活性劑時(shí)，增稠劑所形成的物理網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)都得到加強(qiáng)，但表面活性劑的濃度高時(shí)，物理網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會(huì)受到破壞。而高濃度的表面活性劑對(duì) HMHEC 增 稠劑所形成物理網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的破壞比 HEUR 增稠劑更為 明顯。通過對(duì)損耗濃度等勢線的測量、動(dòng)電測量、橢率測量法等來研究增稠劑對(duì)乳液的吸附。與 HMHEC~ 稠劑相比， HEUR 增稠劑對(duì)乳液的吸附比表面活性劑更強(qiáng)。 Kaczmarski 等 研究了在含有十二烷基硫酸鈉 (SDS) 和壬基酚聚氧乙烯醚 (OP — 10) 的水溶液中一 系列增稠劑 (HASE 、 HMHEC 、 HEUR) 的流變行為。 在臨界濃度時(shí)，在 HASE 或 HMHEC 溶液中加人 SDS 會(huì)增加它們的黏度；而加人非離子表面活性劑 OP — 10 時(shí)，對(duì)溶液黏度影響很小。當(dāng)溶液中都含有這兩種表面活性劑時(shí)，表面活性劑對(duì) HEUR 的影響與其對(duì) HASE 和 HMHEC 影響不同。對(duì)于帶有較大有效的終 端疏水物 HEUR ，非離子表面活性劑溶液中的 HEUR 黏度比陰離子表面活性劑中 HEUR 的黏度更大。
3.4 分散劑對(duì)增稠作用的影響
分散劑實(shí)際上是一種特殊類型的表面活性劑，它 們能與涂料中其他組分包括增稠劑相互作用。在涂料中分散劑具有基本相同的作用機(jī)理，它們能吸附到顏填料顆粒的表面，通過電荷排斥、空間位阻或兩者共同作用來防止顏填料顆粒聚結(jié)。大多數(shù)涂料分散劑多為低相對(duì)分子質(zhì)量 (1 000 ～ 50 000) 、含有羧基的聚合物的銨或堿金屬鹽。 HEUR 類增稠劑其聚氧乙烯主鏈具有親水性，正常情況下能與水形成氫 鍵。然而在離子濃度較大的環(huán)境下，水則更易與離子 結(jié)合，因此引起主鏈脫水使增稠劑不能溶解。增稠劑不能很好地發(fā)揮作用，在微觀尺度上發(fā)生相分離，產(chǎn)生絮凝導(dǎo)致流動(dòng)性及光澤下降。任何離子含量高的原料都會(huì)導(dǎo)致 HEUR 類增稠劑溶解性的下降。多元酸均聚物分散劑由于其羧基含量高而成為這些離子的主要來源，但這些離子也可以來自于離子型表面活性劑、顏料漿、輔助分散劑 ( 如三聚磷酸鈉 ) 以及纖維素增稠劑溶液漿。這些組分含量的略微變化都會(huì)對(duì)涂料性能產(chǎn)生較大的影響。 HASE 類增稠劑可將多元酸共聚物分散劑從顏填料表面置換出來，從而引起橋式絮凝；另一方面 HEUR 類產(chǎn)品在多元酸均聚物分散劑存在時(shí)會(huì)發(fā)生鹽析。為了盡可能避免問題的出現(xiàn)，可將多元酸均聚物分散劑與 HASE 類增稠劑配合，而多元酸共聚物分散劑宜與 HEUR 類增稠劑配合使用。與 HASE 類增稠劑配合使用時(shí)，高酸含量的多元酸均聚物分散劑十分有利，然而與 HEUR 增稠劑配合使用時(shí)，可用酸含量較低的多元酸共聚物分散 劑。
4 結(jié)語
增稠劑由于其具有優(yōu)異的流變性已得到了廣泛的認(rèn)可，在涂料工業(yè)、日用化學(xué)工業(yè)、紡織工業(yè)、皮革工業(yè)等得到了廣泛的應(yīng)用。隨著人們對(duì)增稠劑增稠機(jī)理進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和完善、簡便快捷的工業(yè)化制備的發(fā)展和增稠劑品種的不斷豐富，增稠劑將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。但 HMHEC 不具有生物降解性、 HEUR 和 HASE 以及其他增稠劑大部分的制備原材料都來自于石油的轉(zhuǎn)化產(chǎn)品。隨著世界各國對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及能源資源危機(jī)的加劇，采用可再生資源為原料，采用綠色經(jīng)濟(jì)的制備工藝制備出對(duì)環(huán)境友好的高性能增稠劑是增稠劑的發(fā)展方向。 wu 等 采用兒茶酚和殼聚糖為原料，采用酪氨酸酶催化工藝制備出性能良好的增稠劑。
