增稠剂协同作用对低VOC乳胶漆性能的影响.doc

增稠剂协同作用对低VOC乳胶漆性能的影响2006年9月第6期（总第97期）江庆梅，刘薇薇，张心亚，蓝仁华，陈焕钦（华南理工大学化工与能源学院，广东 广州 510640） 摘要：通过改变配漆配方，探讨了几种常用增稠剂之间的不同组合使用对低VOC乳胶漆各项性能的影响，得出了用三种不同类型（最好含有一种纤维素类增稠剂在内）的增稠剂组合来配低VOC乳胶漆可以得到最佳的综合性能的结论，最后提出了几点增稠剂协同使用的建议。关键词：增稠剂；低VOC乳胶漆；协同使用；性能基金项目：广东省科技厅科技计划项目（2003B10506）作者简介：江庆梅（1980），女，广西梧州人，在读硕士研究生，研究方向：水性涂料以及乳液合成的研发工作，曾参与嘉宝莉化工有限公司零VOC乳胶漆的研发工作。中图分类号：TQ331。4 +7 文献标识码：A随着人类对能源和环境的日益关注，世界各国相继对涂料中的VOC（挥发性有机溶剂）进行严格的控制，具有环保性能的水性涂料的研制和应用毫无疑问地成为了人们研究的热点。作为一种新兴的涂料品种取代原有的溶剂型涂料，其有着突出的优点，但也有一些性能无法与溶剂型涂料相媲美，如其稳定性、耐水性、耐碱性等。黏度是影响乳胶漆的一个重要因素。乳胶漆主要是由乳液、颜填料、水、助剂组成，它以水为分散介质，虽能大大降低涂料中的VOC，但通常黏度较低，流变性很差。而乳胶涂料的黏度对其生产、贮存、施工都有很大影响，即对颜填料的沉降性、涂刷性、辊涂性、膜丰满度、流平性及在膜垂直表面上的流挂性都有影响1。增稠剂的种类繁多，主要是纤维素醚及其衍生物类增稠剂、碱溶胀增稠剂（ASE和HASE）和聚氨酯增稠剂（HEUR）。如何从众多的增稠剂中选择合适的品种以及通过它们的复配用于低VOC乳胶漆中，得到黏度合适且满足其它性能要求的漆料极其重要。为了改善低VOC乳胶漆性能，实验考察了各种VOC含量低的增稠剂的协同效果对其性能的影响。增稠剂的协同作用在开发性能优良的低VOC乳胶漆中有着重要的意义。1 实验部分1.1 主要原料（1）乳液：自配纯丙乳液，合成主要单体有甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA ）；功能性单体为甲基丙烯酸（MAA）、甲基丙烯酸羟丙酯（HPMA）。（2）颜填料：金红石型钛白粉（R706）（进口）；1000目滑石粉、1200目轻质碳酸钙、超细硅藻土、超细云母粉（国产）；优创E（遮盖聚合物）（进口）。（3）增稠剂：羟乙基纤维素（HEC）(国产)、（以下均是进口）HS30000YP2、缔合型碱溶胀增稠剂（HASE）TT-935、非缔合型碱溶胀增稠剂（ASE）ASE-60、聚氨酯类增稠剂（HEUR）SN-612。（4）其他助剂：pH调节剂（20KOH溶液）（自配）、（以下均是进口）消泡剂（NXZ、BYK-033），疏水剂（HF-200），防霉防腐剂（LEX、NB-203），润湿分散剂（ORGAN731、CO-630）。1.2 涂料基本配方涂料基本配方见表1。表1 涂料基本配方原料名称 质量分数 原料名称 质量分数水 2226分散剂 0.50.7钛白粉 2528轻钙 57云母粉 13防霉防腐剂 0.20.4乳液 2530遮盖聚合物 57增稠剂 0.50.7PH调节剂 0.81.2消泡剂 0.20.41.3 性能测试方法（1）表观流变性在配漆完毕后通过Brookfield KU-1旋转黏度计测其KU黏度。（2）后增稠效果是在配漆后第二天开始，隔不同的时间段利用Brookfield KU-1旋转黏度计测其黏度变化。（3）耐擦洗性是按GB/T 9266-1988方法用TXY型涂料耐洗刷测定仪进行耐擦洗性测试。（4）贮存稳定性是指在高温50下放置烘箱中保持不分层不分水的天数。一般15天相当于常温（25）放置半年，30天相当于一年，其余类推。（5）飞溅性是指在配漆高速打浆过程中料浆的飞溅情况，直接目测比较；开罐气味是指漆料放置一段时间，靠嗅觉比较其各个样品味道的大小。2 结果与讨论2.1 增稠剂各种使用方法对乳胶漆各项性能的影响增稠剂的不同搭配使用会对乳胶漆的黏度以及各项性能产生巨大的影响。在配漆过程中为达到理想的产品综合性能，一般都要使用几种不同类型的增稠剂复配使用方可达到最佳的综合性能。为对比方便，本试验对单独添加一种类型的增稠剂也进行了考察。2.1.1 单独使用一种增稠剂的效果单独使用一种增稠剂时，试验最终产品的性能如以下图表所示。表2 各种增稠剂单独使用对乳胶漆性能的影响组合方式性能HECASEHASEHEUR表观流变性/KU耐擦洗性/次贮存稳定性/天飞溅性开罐气味性能总评8611023841211485365258523464说明：表中各符号代表的意义（以下同）：差 一般 好 很好以上好差等级的划分是依据对涂料性能影响的好坏来划分（此说明适合于余下的表格）图1 各种增稠剂单独使用对乳胶漆的后增稠效果从表2和图1可以看出：单独使用一种类型的增稠剂，所得的综合性能都不理想，如单独用一种纤维素，其流变性不是很好,开罐气味比较大；或者单独加入合成类增稠剂时，其优点和缺点都很明显，用其配出的乳胶漆具有优异的流变性，能拉成很细的丝不断，耐洗刷性也特别强（这点与杨群等所报道的碱溶解或溶胀型增稠剂其耐擦洗性会下降的结论相悖）2，但是打浆过程飞溅特别严重且其后增稠效果也很严重。2.1.2 两种不同类型增稠剂复配使用对乳胶漆各项性能的影响将以上四种类型的增稠剂按两两搭配复合使用，其对乳胶漆各性能的影响如表3所示：从表3和图2（A）综合比较可以看出天然类增稠剂与合成类增稠剂复配使用后，其综合性能大大提高。但是如果单纯是合成类增稠剂不同类型间的复配使用其综合性能不是很理想。表3 两种增稠剂复配使用对乳胶漆性能的影响组合方式性能 HEC+ASEHEC+HASEHEC+HUERASE+HASEASE+HUERHASE+HUE表观流变性/KU耐擦洗性/次贮存稳定性/天 飞溅性 开罐气味 性能总评 87 1889 16 88 2106 17 88 2090 18 86 2831 14 85 2527 12 86 2793 13 说明：以上两种增稠剂之间的比例为1：1，其它的意义与表2同。表4 三种不同类型增稠剂相互组合对乳胶漆性能的影响 组合方式性能 HEC+ASE+HASEHEC+ASE+HUERHEC+HASE+HUERASE+HASE+HUER表观流变性/KU 88 87 88 86耐擦洗性/次 2756 2538 2695 2784贮存稳定性/天 3230 31 18飞溅性 开罐气味 性能总评 + + + 说明：以上三种增稠剂之间的比例为1：1：1，其它意义与表2同。 图2（A）两种或者（B）三种不同增稠剂复配使用对乳胶漆后增稠的影响2.1.3 三种不同类型增稠剂相互组合对乳胶漆性能的影响三种不同增稠剂相互组合使用后对乳胶漆性能的影响如表4所示。表4的结果与表2（B）的结果相差不大，但是从后增稠效果比较图可看出天然类（纤维素类）增稠剂与两种不同类型的合成类增稠剂复配使用后的效果会更佳，特别是HEC、HASE与HUER三者的组合可以达到最佳的效果。各种增稠剂混合使用，如果比例合适可以得到比较理想的综合性能。这主要是由各种增稠剂的增稠机理不同引起的。纤维素主要在碱性条件下对水相起增稠作用。其增稠机理为分子间的氢键及链缠绕，由于其仅是自身分子间的链结与缠绕，所形成的分子链不长，因而流变性不是很好。而合成类增稠剂其分子链上一般既有亲水基团又有亲油端基，可以与水、颜填料、乳液相结合，形成立体网状结构，但是其网状结构很不牢固，在高剪切作用力下容易遭到破坏。所以如果是纯合成类增稠剂配漆中，第二阶段打浆时容易使网状结构在高剪切力作用下遭到破坏，产生飞溅。另外，纤维素衍生物类（如HEC）与合成类增稠剂（如缔合型）协同使用时，缔合型会破坏HEC增稠剂网络结构，引起黏度降低甚至分层，所以一般缔合型不应超过HEC的153-4。碱溶胀型增稠剂的增稠机理首先在于它自身能吸附在乳液颗粒表面形成包覆层，使乳液粒子的体积增大而导致粘度提高。其次它还能进入水性体系使粘度增加5。另外，它主要是靠在碱性条件下离解出来的羧酸根离子的静电斥力使螺旋状分子链伸展成棒状增稠，因此其增稠效率对PH很敏感，必须使系统PH达到8.0到8.5左右才能使其充分起增稠作用；缔合型聚氨酯增稠剂增稠机理在于它们的分子中存在憎水剂和强极性基团，能与乳胶漆的聚合物和颜料发生缔合作用，形成瞬间网络结构 6。此外，合成类增稠剂产生增稠效果之前需要溶胀，这个过程需要一段时间，在短时间范围内，此类增稠剂分子与水、颜填料、乳液不能立即交联完毕，过后会继续产生交联作用，这就是合成类增稠剂容易产生后增稠效果的原因所在。几种不同类型增稠剂在一起使用，根据实际配方寻找出最佳的比例，可以取长补短，使乳胶漆得到一个最优化的综合性能。3 结 论（1）在配方设计过程中综合考虑了各种增稠剂的优缺点，考察了增稠剂对乳胶漆的各项性能都起着重要的影响作用，尽量使用两种或三种不同的增稠剂协同使用，并通过反复实验寻求最佳的配合比例