增稠剂的搭配对高PVC乳胶涂料性能的影响

1 概 况
乳胶涂料是颜料、填料的分散体和聚合物分散体的混合物,是一个多相混合物质,必须使用流变增稠助剂来调节其粘度及流变性能,使之分别具有生产、储存和施工各阶段所需要的流变性能。
就乳胶涂料流变性能的要求来说,在储存阶段,应有较高的粘度以利于防止分层或沉淀;在施工阶段,乳胶涂料受到高剪切力,要求有较低的粘度,刷涂时不拖刷,喷涂时雾化好,辊涂时无拉溅,涂布后剪切消除,粘度虽恢复但不应太快,使之具有足够的流平时间。各种不同的增稠剂虽然都能够提高涂料的粘度,但由于涂料在生产、储存和施工各个阶段所受到的外剪切速率不同,并要求涂料表现出相应的性能,因而需要的粘度也就不同。如纤维素增稠剂可以有好的防沉性、保水性,但是就会带来耐水性差、流平性不佳的缺点。PU 型增稠剂使漆流动性、耐水性、抗飞溅性改善,但是分水、流挂及展色性等问题又出现了。这样就需要使用不同性能的增稠剂以满足涂料不同阶段所需要的粘度。
目前,市场上常见的内墙乳胶涂料为高颜料体积浓度(PVC)(65%~75%)的低价位品种。所以我们仅对高PVC 条件下的苯丙乳液进行增稠剂的搭配,考察不同的搭配方式对流变性能的影响。

2 增稠剂的种类及增稠机理
2.1 增稠剂种类
  增稠剂一般按其化学组成分成无机和有机等类别。目前应用的无机类主要是膨润土,有机类增稠剂主要是高分子量纤维素醚、疏水改性增稠剂、碱溶胀性增稠剂及聚氨酯增稠剂。本次试验只讨论有机类增稠剂。

2.2 不同增稠剂的增稠机理(见表1)

3 涂料的流变性能
涂料的流变性是指其在外力(比如重力)作用下的流动和变形性。流变性和涂料配方的稳定性、实用性密切相关。在一个涂料配方中,树脂、颜料和溶剂的组合本身并没有优化的效果。因此,绝大多数配方含有流变改进剂,以便使最终产品具有较好的流变性。从图1 可以明显看出,触变指数大,有利于贮存和防止流挂;触变指数小,有利于流平。

不同的流变助剂对流变性能(诸如储存稳定性、施工性)的影响也有所不同,提供不同的功效,但单一的助剂仅能满足单一的功能,所以就想到用不同类型的增稠剂搭配,来均衡各种性能以满足乳胶涂料的最佳性能。

4 实验与讨论
4.1 实验配方
市场上常见的内墙乳胶涂料为高颜料体积浓度,所以拟用一个高PVC78% 的乳胶涂料,配方见表2,采用不同的流变助剂与纤维素的搭配,考察流变助剂对乳胶涂料的流变性能的影响。

4.2 增稠剂的搭配方式及乳胶涂料的性能参数
在实验配方中,每组搭配都通过同样的基础配方来探讨流变助剂对乳胶涂料的影响,表2配方中最后一组分中互配纤维素增稠所用的增稠剂,有采用单一增稠剂的,有采用不同类型增稠剂搭配的,采用不同增稠剂搭配方式制备乳胶涂料,测试所得性能如表3 所示。
表3 增稠剂搭配方式及相应的乳胶涂料性能参数

注:空白为没有加其他增稠剂的基础漆,仅用HEC 为增稠剂;1、2 为疏水改性丙烯酸乳液类增稠剂;3、4、5、6 为聚氨酯类型增稠剂;7、8 为腈胺类改性丙烯酸乳液类增稠剂。

4.3 实验结果分析
通过实验可以发现,各方面性能比较均衡的样品有:第6、9、10、11、12、15 组,这些大都是由纤维素搭配部分疏水改性丙烯酸类增稠剂及部分PU类增稠剂。因为纤维素增稠水相,贡献了低剪粘度,提供了较好的防沉性,能防流挂;而HASE 的亲水端与水结合增稠,而疏水端与体系内其他疏水基团结合增稠,不仅对低剪有贡献,还提供了中剪粘度,有利于提高运输过程中稳定性;而PU类增稠剂提供了高剪粘度,有很好的抗飞溅性、流平性。
本实验将仅由HEC 增稠的空白样、仅由HASE增稠的样品以及仅由HEUR 增稠的样品与结合三者一起的样品的流变曲线进行对照,高、中、低剪切速率下的粘度都有一定的提高,如图2 所示。

从图2 可以看出,HEC、HASE、HEUR 结合后在低、中、高剪切速率下的粘度都有不同程度的提高。恰恰为我们在储存、运输、施工等情况下提供所需要的流变性能。

5 结 论
通过在高PVC 的苯丙体系中,采用不同增稠剂的搭配,发现用HEC 、HASE 、HEUR 三种类型结合的增稠体系,在施工性方面展示了优良性能,漆膜的耐水性和滑爽性也有所提高。但是这样的混合搭配目前存在一个无法解决的问题—分水现象。所以要获得较好的开罐效果,在高PVC 的苯丙体系,只能牺牲一部分施工性能和漆膜性能,而单独使用纤维素增稠比较保险。

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